Što je tamna stvar? Postoji li tamna tvar?

Pitanje o podrijetlu svemira, njegovoj prošlosti i budućnosti uzbuđenih ljudi od davnina. Tijekom mnogih stoljeća, teorije su se pojavile i opovrgnuli, nudeći sliku svijeta, zasnovanu na poznatim podacima. Temeljni šok za znanstveni svijet bio je teorija relativnosti Einsteina. Također je dala veliki doprinos razumijevanju procesa koji čine svemir. Međutim, teorija relativnosti ne može tvrditi naslov istine u posljednjem mjestu, što ne zahtijeva nikakve dopune. Poboljšane tehnologije omogućile su astronomima nezamislivo ranije otkrića, što je zahtijevalo novu teorijsku osnovu ili značajno proširenje postojećih odredbi. Jedan od tih fenomena bio je tamna tvar. Ali o svemu u redu.

Slučajevi davnih dana

Da bismo razumjeli pojam "tamne tvari" vratit ćemo se početkom prošlog stoljeća. U to vrijeme, pojam svemira kao stacionarne strukture dominirao je. U međuvremenu, opća teorija relativnosti (GTR) pretpostavlja da će prije ili kasnije sila privlačnosti dovesti do "nakupljanja" svih predmeta prostora u jednu zamku, pojavit će se tzv. Gravitacijski kolaps. Ne postoje snage odbijanja između kozmičkih objekata. Međusobna atrakcija nadoknađuje centrifugalne sile, stvarajući konstantno kretanje zvijezda, planeta i drugih tijela. Dakle, sustav je uravnotežen.

Kako bi spriječio teorijski kolaps svemira, Einstein je uveo kozmološku konstatu - količinu koja dovodi sustav u željenu stacionarnu državu, ali zapravo je fiktivna, bez očitih razloga.

Proširivanje svemira

Izračuni i otkrića Friedmana i Hubblea pokazali su da ne treba prekršiti redovite jednadžbe opće relativnosti novom konstantama. Dokazano je, a danas ova činjenica praktički ne uzrokuje nikakve sumnje ni u koga, da se Svemir širi, jednom je započeo i ne može nastaviti s stacionarnim govorom. Daljnji razvoj kozmologije doveo je do pojave teorije velike buke. Glavna potvrda novih pretpostavki je promatrano povećanje s vremenom udaljenosti između galaksija. To je mjerenje brzine uklanjanja susjednih svemirskih sustava jedni od drugih i dovelo do formiranja hipoteze da postoji tamna tvar i tamna energija.

Podaci koji nisu u skladu s teorijom

Fritz Zwicky 1931., a zatim Jan Oort 1932. i 1960. bili su angažirani u brojanju mase materije galaksija u udaljenom grozdu i njegovoj korelaciji s brzinom njihovog uklanjanja jedni od drugih. S vremena na vrijeme znanstvenici su došli do istih zaključaka: ta količina materije nije dovoljna da bi gravitacija koju je stvorila mogla zadržati galaktike koje se kreću pri takvim velikim brzinama. Zwicky i Oort pretpostavljaju da postoji skrivena masa, tamna stvar Svemira, koja ne dopušta kozmičkim objektima raspršivanje u različitim smjerovima.

Ipak, hipoteza je priznanje znanstvenog svijeta dobila tek sedamdesetih godina nakon objavljivanja rezultata rada Vere Rubina. Izgradila je krivulje rotacije, koje jasno pokazuju ovisnost brzine materije galaksije na udaljenosti koja ga odvaja od središta sustava. Suprotno teorijskim pretpostavkama, pokazalo se da brzine zvijezda dok se odmaknu od galaktičkog središta ne smanjuju, već se povećavaju. Objasniti takvo ponašanje zvijezda moglo bi biti samo prisutnost halo u galaksiji, koja ispunjava tamnu materiju. Astronomija se stoga suočila s apsolutno neistraženim dijelom svemira.

Svojstva i sastav

Ova vrsta materije zove se tamna jer se ne može vidjeti ni u kakvoj postojećoj metodi. Njegova prisutnost prepoznaje se neizravnim znakom: tamna materija stvara gravitacijsko polje, a ne emitira apsolutno elektromagnetske valove.

Najvažniji zadatak koji je nastao prije znanstvenika bio je dobiti odgovor na pitanje o čemu se radi. Astrofizičari su ga pokušali "ispuniti" uobičajenom barionskom tvari (barionska materija se sastoji od više ili manje proučenih protona, neutrona i elektrona). U tamnom halo galaksija uključeni su kompaktne lagano emitirane zvijezde poput smeđih patuljaka i ogromne, masovne približne Jupiterovom planetu. Međutim, takve pretpostavke nisu mogle podnijeti test. Baryonička tvar, uobičajena i poznata, stoga ne može igrati značajnu ulogu u skrivenoj masi galaksija.

Danas fizika traži nepoznate dijelove. Praktična istraživanja znanstvenika temelje se na teoriji supersimetrije mikro-svijeta, prema kojoj za svaku poznatu česticu postoji supersimetarski par. Ovdje su i čine tamnu materiju. Međutim, nije bilo dokaza o postojanju takvih čestica, možda je to u bliskoj budućnosti.

Tamna energija

Otkriće novog tipa materije nije završilo iznenađenjima koja su Svemir pripremali za znanstvenike. Godine 1998. astrofizičari su predstavili još jednu priliku za usporedbu ovih teorija s činjenicama. Ove je godine obilježila eksplozija supernove u galaksiji daleko od nas. Astronomi su izmjerili udaljenost i bili su iznimno iznenađeni dobivenim podacima: zvijezda se rasplamsala daleko dalje nego što bi trebalo biti prema postojećoj teoriji. Pokazalo se da se brzina širenja Svemira s vremenom povećava: sada je mnogo veća nego prije 14 milijardi godina, kada se dogodila velika eksplozija.

Kao što znate, da biste ubrzali kretanje tijela, treba prenijeti energiju. Sila koja tjera svemir da se brže širi postala je poznata kao tamna energija. To je ne manje tajanstveni dio prostora od tamne materije. Poznato je da je karakterizira ravnomjerna raspodjela u svemiru, a njegov učinak može se bilježiti samo na ogromnim kozmičkim udaljenostima.

Opet, kozmološka konstanta

Tamna energija potresla je teoriju velikog praska. Dio znanstvenog svijeta je skeptičan glede mogućnosti takve tvari i ubrzanja ekspanzije koju je prouzročio. Neki astrofizičari pokušavaju oživjeti zaboravljenu kozmološku konstatu Einsteina, koja se opet iz kategorije velike znanstvene pogreške može pretvoriti u niz radnih hipoteza. Njegova prisutnost u jednadžbama stvara antigravitost, što dovodi do ubrzanja ekspanzije. Međutim, neke posljedice prisutnosti kozmološke konstante ne slažu se s opservacijskim podacima.

Danas, tamna materija i tamna energija, koja čine većinu stvari u svemiru, zagonetke su za znanstvenike. Nema nedvosmislenog odgovora na pitanje o njihovoj prirodi. Štoviše, možda to nije posljednja tajna koja nas čuva od vanjskog prostora. Tamna materija i energija mogu postati pristup novim otkrićima koja mogu pretvoriti naše ideje o strukturi svemira.