Nie bozon Higgsa, nie efekt tunelowy, nawet nie czarne dziury. Tym co stanowi największe wyzwanie dla współczesnej fizyki teoretycznej jest ustalenie z czego składa się Wszechświat?!
Bynajmniej nie z atomów o których uczyliśmy się w szkole na lekcjach fizyki. Te oczywiście też istnieją, lecz według najnowszych obliczeń, mogą stanowić nie więcej niż 20% całej masy Wszechświata. A pozostała część? To tak zwana ciemna materia (ang. dark matter), której istnienie było od początku postulowane na podstawie obserwacji astronomicznych. Żeby przyjrzeć się historii zmagań z ciemną materią, musimy cofnąć się do lat 20-tych.
Co prawda wielki Albert Einstein był zdania, że Wszechświat jest stały i niezmienny, jednak inni uczeni podążali bardziej radykalnymi szlakami myślowymi. W ogóle trzeba dodać, że po okresie absolutnego intelektualnego apogeum w latach 1905-15, Eisnsteinowi zdarzało się wielokrotnie błądzić. Ze swoimi teoriami pozostawał w tyle za pędzącą nauką, czując się coraz bardziej samotny ze swoimi formułami typu „Bóg nie gra w kości”.
Równania postulujące rozszerzanie się Wszechświata wprowadził jako pierwszy Rosjanin Aleksander Friedmann, ale to obserwacje Edwina Hubble’a (1889-1953) doprowadziły do modelu jaki przyjmujemy obecnie. Otóż Hubble osadzony na wygodnym stanowisku w obserwatorium Mount Wilson w Pasadenie, przyglądał się galaktykom tak długo, aż dostrzegł iż wykazują one tzw. przesunięcie ku czerwieni wprost proporcjonalne do ich odległości od Ziemi. Oznaczało to ni mniej ni więcej, że Wszechświat rozszerza się!
Potem pojawiła się ciemna materia. Obserwacje ucieczki galaktyk wskazywały bowiem na to, że – mówiąc kolokwialnie – coś je od siebie odpycha i że ich prędkość ucieczki zamiast maleć, cały czas rośnie. Pamiętajmy wszakże o sile grawitacji, która powinna była wyhamowywać ucieczkę galaktyk. Odkryciu Hubble’a towarzyszyło uznanie jednorodności Wszechświata, oznaczające, że w każdym miejscu odpowiednio uśrednionym po dużym obszarze obejmującym wiele galaktyk, jest on taki sam. Ma taką samą temperaturę, skład chemiczny czy gęstość materii. A mimo to cały czas się rozszerza.
Kolejnych obserwacji dostarczyła w latach 70-tych Vera Rubin, która oznajmiła, że masa obserwowanej we Wszechświecie materii jest niewystarczająca do opisu istniejących sił grawitacji wewnątrz galaktyk. Chodziło jej na przykład o to, że gwiazdy na obrzeżach galaktyk poruszają się szybciej niż wynikałoby to z analizy sił przyciągania. Wówczas ów tajemniczy składnik rzeczywistości poznano już znacznie lepiej. Wiedziano, że ciemna materia nie emituje ani nie odbija promieniowania elektromagnetycznego. Oszacowano również, że większość ciemnej materii gromadzi się jako halo wokół galaktyk, natomiast reszta swobodnie przepływa przez Wszechświat.
W 2008 r. zdarzyło się coś, co być może było pierwszą fizyczną obserwacją ciemnej materii. Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory) w stanie Illinois uruchomił teleskop kosmiczny GLAST przeczesujący niebo w poszukiwaniu wysokoenergetycznego promieniowania gamma. Zapuścił on oko w samo centrum naszej galaktyki, czyli Drogi Mlecznej. Dostrzegł jasność, która była znacznie większa niż się spodziewano. Próbowano opisać to za pomocą któregoś z dostępnych modeli, wliczając nawet hipotezę o gigantycznych czarnych dziurach, zasysających materię. Nic się nie sprawdzało. Konkluzją musiało być stwierdzenie, że powodem dziwnego blasku jest ciemna materia. Jej cząstki (?) były tam tak mocno zagęszczone, że zaczynały wzajemnie się niszczyć, emitując gargantuiczne ilości promieniowania gamma.
Swoje trzy grosze dorzucił również najdoskonalszy obecnie szpieg kosmosu, znajdujący się na orbicie okołoziemskiej teleskop Hubble’a. Dostrzegł on złowieszczy pierścień w zgrupowaniu galaktyk o nazwie Cl 0024+17. Prezentujemy wykonane przez niego zdjęcie. Według NASA, jest to jeden z najmocniejszych dowodów empirycznych potwierdzających istnienie ciemnej materii.
Wiosną 2013 r. nadeszła kolejna elektryzująca informacja. Zainstalowany na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej Magnetyczny Spektrometr Alfa odnalazł ślady po procesie anihilacji materii, czyli zderzaniu się antycząstek owocującym ich przemianą w energię. Z dużą dozą ostrożności stwierdzono, że to również mogą być ślady po ciemnej materii.
W ciągu ostatnich kilku lat pojawiają się modele Wszechświata opisujące jego funkcjonowanie bez uciekania się do pojęcia ciemnej materii. A mimo to stanowi ona nadal numer jeden dysput w środowisku fizyków teoretycznych. Do jej poszukiwania ma się również przyczynić Wielki Zderzacz Hadronów w szwajcarskim ośrodku CERN. Czym jest ciemna materia? Czy są to nieznane rodzaje cząstek elementarnych, czy może coś innego, czego fizyka nie potrafi na razie określić słowami? Można obstawiać to drugie.
Źródło grafiki: pixabay.com
Ciemna materia to nic nowego… ETER hipotetyczna substancja wypełniająca całą przestrzeń. W filozofii starożytnej eter był rozważany przez Arystotelesa jako dodatkowy piąty element (żywioł), obok wody, ognia, ziemi i powietrza, z których składa się Wszechświat. Przez to słowo „eter” wiąże się z kwintesencją; po łacinie quinta essentia, piąta esencja, eteryczny piąty element, jednoczący cztery podstawowe. ETER powrócił pod inną nazwą Ciemna Materia i Energia.
Nie wiem czy zdajesz sobie sprawę, ale termin „ciemna materia” jest tylko zwyczajowym terminem na określenie całej rodziny hipotez opisujących przyczynę dla której wszechświat wygląda tak jakby było tam coś co oddziałuje tylko grawitacyjnie. Astrofizycy jak najbardziej zdają sobie sprawę z istnienia paru proponowanych alternatywnych rozwiązań – nie są one szczególnie popularne, bo mają znacznie mniej solidne podstawy.
Wyśmiewali największego naukowca Teslę gdy mówił o eterze, a za 100 lat stwierdzono, że istnieje ciemna materia o tych samych właściwościach.
Jest już nowy model powstania wszechświata, który stoi w opozycji do teorii Wielkiego Wybuchu. Zakłada on, że kosmos uformował się ze szczątków gwiazdy z wyższego wymiaru, która u schyłku swojego życia przerodziła się w supermasywną czarną dziurę. Potwierdzeniem tego faktu ma być obserwowana przez kosmologów jednorodność wszechświata, czyli fakt, że jest on we wszystkich kierunkach „jednakowy”. A to teoretycznie nie powinno mieć miejsca, gdyż „schłodzenie” Wszechświata nie powinno przebiec tak szybko jak to obserwujemy.
Ja jestem zdania, że są dwie antymaterie. Albo nawet siedem. 🙂
Problem z tymi wszystkimi „anty” polega na tym, że funkcjonują w systemie dwójkowym, a jak wiadomo system dwójkowy nie jest jedynym, który wynalazł człowiek. Jest system dziesiętny, szesnastkowy. Niby dlaczego ma istnieć tylko „coś” i „anty-coś”? Czy nie może funkcjonować szesnaście cosiów równolegle?
Ja tylko pytam, Panie Marszałku. 🙂
@kosmiczny
„Jednakowość” jest względna. Już sam fakt, że gdziekolwiek się obejrzysz widzisz tak różniące się od siebie obiekty jak drzewo czy krzesło świadczy przeciw jednakowości, jakkolwiek rozumianej. Świadczy też przeciwko pojęciu symetrii. Jeżeli coś wybuchło z „punktu”, nieważne czy punkt ów podepniesz pod Wielki Wybuch czy szczątki gwiazdy, powinno być naprawdę jednorodne. A przecież w zasadzie nic jednorodne nie jest. Jednorodność kojarzy się automatycznie z kołem/kulą/sferą. Wszystko powinno być więc matematycznie kuliste/sferyczne, ponieważ wybuchło z punktu. Ale nie jest. Tu ulica, tam dom, tu taka planeta, tam siaka, tu wodór, tam hel. Mamy jakieś pierwiastki i jest ich, jeśli dobrze pamiętam, 118. Jakoś mało symetryczna i jednorodna ta liczba. Jeżeli wszystko jest jednorodne to skąd ta cała różnorodność? 🙂
Kosmicznemu chodziło chyba o „jednorodność”. W większej skali Wszechświat jest jednorodny, to przecież wręcz oficjalne stwierdzenie. A co do szesnastu cosiów, to rozumiem, że jest to odniesienie do 16 czy ilu tam wymiarów, w którym ponoć żyjemy? Przyznam też, że zabiła mnie hipoteza, jakoby żyjemy we wnętrzu czarnej dziury 🙂
Dałem jednakowego w cudzysłów :] Wszechświat jest jednakowy w takim sensie, że galaktyki w odpowiednio dużej skali wyglądają tak samo.