co ksztaltuje nasz wszechswiat

Przez wieki Wszechświat wydawał się prostą strukturą. Ot, Ziemia pośrodku i nieboskłon, który się wokół niej kręci. Od czasów Kopernika, Galileusza i ich następców ludzkość stara się dogłębniej poznać tajemnice kosmosu. Problem polega na tym, że kolejne odkrycia rodzą nowe pytania. Nie inaczej jest z tajemniczymi siłami, które mają wszystko kształtować. Czy ciemne materia i energia naprawdę istnieją?

Powstanie hipotezy ciemnej materii

Obserwowalny Wszechświat, a więc to, co nas otacza, najprawdopodobniej nie jest wszystkim. O tym, że działają w nim siły, których nikt się nie spodziewał, można było się przekonać na podstawie odkrycia czarnych dziur. Dlaczego wspominam akurat o nich? Ponieważ ich istnienie naukowcy najpierw przewidzieli w modelach matematycznych, a dopiero później zaobserwowali zjawiska, które potwierdziły to założenie.

Drogą dedukcji astrofizycy doszli też do stworzenia pojęcia ciemnej materii. Hipotezę jej istnienia jako pierwszy w latach 30. XX wieku wysunął Fritz Zwicky. Na podstawie obserwacji ruchów galaktyk doszedł do wniosku, że ich materia nie wystarczyłaby do utrzymania się w gromadach. Innymi słowy, ich prędkość doprowadzałaby do rozproszenia się w kosmosie. W obrazowym uproszczeniu – galaktyki wylatywałyby z gromad w próżnię kosmiczną jedna po drugiej.

Skoro do takich sytuacji nie dochodzi, powinno istnieć jeszcze coś. Fritz Zwicky uznał, że w kosmosie musi być więcej materii. Ze względu na to, że nie da się jej zaobserwować, nazwał ją ciemną. W ten sposób, wyłącznie drogą logicznego rozumowania, szwajcarski astronom wprowadził do nauki nowe pojęcie. W kolejnych dekadach różne obserwacje zdawały się potwierdzać przypuszczenia Zwicky’ego.

Czym może być ciemna materia?

Ciemna materia najprawdopodobniej istnieje, a skoro tak, to z czegoś i kiedyś powstała. W tym przypadku wśród fizyków i astronomów nie ma już zgodności. Według jednych uczonych może się ona składać z odpowiedników znanych już cząstek elementarnych lub subatomowych – neutrin, protonów itp. Inni uważają, że zbudowana jest z czegoś, czego ludzkość jeszcze nie poznała. Nie chodzi nawet o kolejne niepodzielne cząstki, ale zupełnie nowy rodzaj materii.

Z czego by się nie składała, ta materia jest ciemną tylko dlatego, że ludzie jeszcze nie potrafią jej wykryć. Zapewne w kolejnych dekadach (albo i wiekach) ktoś wymyśli sprzęt, dzięki któremu nieznane dziś cząstki uda się zmierzyć i opisać. Cechy, takie jak czas trwania, masa czy ładunek elementów składowych ciemnej energii, najpewniej nie różnią się od tych już poznanych.

Na razie nie wiadomo jak potwierdzić te przypuszczenia. Ciemna materia nie emituje promieniowania (a przynajmniej żadnego znanego typu) oraz światła. Wyliczono, że powinna stanowić trochę ponad 1/4 masy Wszechświata. Uważa się, że występuje powszechnie w całym kosmosie, choć nie wiadomo, czy jej rozłożenie jest równomierne. Tak jak znana ludziom materia powstać miała w wyniku Wielkiego Wybuchu.

Stworzenie hipotezy ciemnej energii

Jak pewnie się już domyślasz, do stworzenia pojęcia ciemnej energii doszło w podobny sposób, jak ciemnej materii. Tym razem trzeba cofnąć się do końca lat 90., gdy w astronomii doszło do wielkiego przełomu. Do tej pory uczeni sądzili, że kosmos rozszerza się w jednostajnym tempie od miliardów lat. Okazało się jednak, że ten proces przyspiesza.

Pomiary wykazały, że ilość znanej do tej pory energii nie wystarcza na coraz szybszą ekspansję. W związku z tym musi istnieć jeszcze inny jej rodzaj. Tak właśnie, drogą przypuszczeń, powstało pojęcie opisujące jedną z sił Wszechświata. Obliczenia wskazują, że stanowi ona ponad 70% całej energii kosmosu. Co ważne, hipoteza ciemnej energii nie znajduje powszechnego uznania w gremiach naukowych.

Czym może być ciemna energia?

Ciemna energia to potencjalnie istniejąca wielkość fizyczna, o której wiadomo jeszcze mniej niż o ciemnej materii. W skrócie można powiedzieć, że astrofizycy nie są w stanie się nawet domyślić, czym miałaby być. Niektórzy widzą w niej dodatkowy żywioł, ale takie koncepcje trzeba traktować tylko jako luźne eksperymenty myślowe.

Jedynym przypuszczeniem, które prawdopodobnie znajduje potwierdzenie w obserwacjach, jest antygrawitacyjna natura ciemnej energii. Wygląda na to, że działa ona tylko na skalę galaktyczną i odpycha od siebie gromady gwiazd – tym samym kosmos się rozszerza. W takim ujęciu ciemna energia byłaby przeciwieństwem grawitacji, czyli siły przyciągającej do siebie wszelkie obiekty fizyczne (od cząstek elementarnych po gromady galaktyk) i działającej również w mikroskali.

Czy ciemna materia i energia naprawdę istnieją?

Występowanie ciemnej materii i energii jedynie przewidziano. Choć istnieją solidne poszlaki empiryczne potwierdzające ich istnienie, wciąż nie ma dowodów. Tak jak wspomniałem, nie powstała jeszcze technologia, dzięki której udałoby się potwierdzić albo obalić te hipotezy. Z tego powodu istnienia tych sił nie należy traktować jako faktu naukowego, a jedynie dość prawdopodobną koncepcję.

Ciemna materia i ciemna energia a alternatywna teoria MOND

W latach 80. poprzedniego wieku Mordechaj Milgrom stworzył MOND (ang. modified Newtonian dynamics), czyli zmodyfikowaną dynamikę Newtona. Hipoteza izraelskiego fizyka jest dość obszerna, ale w wielkim uproszczeniu sprowadza się do niezależności siły od przyspieszenia. Tym samym galaktyki miałyby się poruszać z obecnymi prędkościami mimo niedostatków masy. Teoria MOND nie została powszechnie uznana, ale stanowi zaproszenie do dokonywania zmian w dotychczas uznanych koncepcjach.

Osób takich jak Mordechaj Milgrom jest więcej. Niektórzy fizycy uważają, że tak naprawdę czegoś o Wszechświecie po prostu nie wiemy, a przez to próbujemy go opisać przy pomocy błędnych założeń. Według zwolenników tego prądu naukowego efektem braku wiedzy są właśnie koncepcje istnienia ciemnych materii i energii.

12 / 100

Dodaj komentarz