Pitanje nastanka Univerzuma, njegove prošlosti i budućnosti zabrinjava ljude od pamtivijeka. Vekovima su se pojavljivale i pobijale teorije, nudeći sliku sveta zasnovanu na poznatim podacima. Osnovni šok za naučni svijet bila je Ajnštajnova teorija relativnosti. Takođe je dala ogroman doprinos razumijevanju procesa koji formiraju Univerzum. Međutim, teorija relativnosti ne bi mogla tvrditi da je konačna istina, koja ne zahtijeva nikakve dodatke. Poboljšanje tehnologije omogućilo je astronomima da naprave ranije nezamisliva otkrića koja su zahtijevala novu teorijsku osnovu ili značajno proširenje postojećih odredbi. Jedan takav fenomen je tamna materija. Ali prvo stvari.
Slučajevi prošlih dana
Da bismo razumeli pojam "tamna materija" vratimo se na početak prošlog veka. U to vrijeme dominirala je ideja svemira kao stacionarne strukture. U međuvremenu, opća teorija relativnosti (GR) pretpostavljala je da će prije ili kasnije sila privlačenja dovesti do "slijepanja" svih svemirskih objekata u jednu loptu, to bi se dogodilo ovakonaziva gravitacioni kolaps. Između svemirskih objekata nema odbojnih sila. Međusobnu privlačnost kompenziraju centrifugalne sile koje stvaraju stalno kretanje zvijezda, planeta i drugih tijela. Na ovaj način se održava ravnoteža sistema.
Da bi sprečio teorijski kolaps Univerzuma, Ajnštajn je uveo kosmološku konstantu - vrednost koja dovodi sistem u neophodno stacionarno stanje, ali je u isto vreme zapravo izmišljena, bez očiglednih osnova.
Proširujući univerzum
Proračuni i otkrića Fridmana i Habla su pokazali da nema potrebe da se narušavaju harmonične jednačine opšte relativnosti uz pomoć nove konstante. Dokazano je, a danas je ta činjenica praktično nesumnjiva, da se Univerzum širi, da je nekada imao početak, a o stacionarnosti ne može biti govora. Dalji razvoj kosmologije doveo je do pojave teorije velikog praska. Glavna potvrda novih pretpostavki je uočeno povećanje udaljenosti između galaksija s vremenom. Upravo je mjerenje brzine međusobnog udaljavanja susjednih svemirskih sistema dovelo do formiranja hipoteze da postoje tamna materija i tamna energija.
Podaci nisu u skladu s teorijom
Fritz Zwicky 1931., a zatim Jan Oort 1932. i 1960-ih, brojali su masu materije galaksija u udaljenom jatu i njen odnos sa brzinom njihovog udaljavanja jedne od druge. S vremena na vrijeme, naučnici su dolazili do istih zaključaka: ova količina materije nije dovoljna da bi gravitacija koju je stvorila mogla zadržatizajedno galaksije koje se kreću tako velikim brzinama. Zwicky i Oort su sugerirali da postoji skrivena masa, tamna materija Univerzuma, koja ne dozvoljava svemirskim objektima da se rasipaju u različitim smjerovima.
Međutim, hipotezu je naučni svijet prepoznao tek sedamdesetih godina, nakon objavljivanja rezultata rada Vere Rubin.
Izgradila je krivulje rotacije koje jasno pokazuju zavisnost brzine kretanja materije galaksije od udaljenosti koja je dijeli od centra sistema. Suprotno teorijskim pretpostavkama, pokazalo se da se brzine zvijezda ne smanjuju kako se udaljavaju od galaktičkog centra, već rastu. Takvo ponašanje svjetiljki moglo bi se objasniti jedino prisustvom oreola u galaksiji, koja je ispunjena tamnom materijom. Astronomija se, dakle, suočila s potpuno neistraženim dijelom svemira.
Svojstva i sastav
Tamna ova vrsta materije se zove jer se ne može vidjeti na bilo koji postojeći način. Njegovo prisustvo se prepoznaje po indirektnom znaku: tamna materija stvara gravitaciono polje, a da pritom ne emituje potpuno elektromagnetne talase.
Najvažniji zadatak koji se pojavio pred naučnicima bio je da dobiju odgovor na pitanje od čega se ova materija sastoji. Astrofizičari su pokušali da je "ispune" uobičajenom barionskom materijom (barionska materija se sastoji od manje ili više proučavanih protona, neutrona i elektrona). Tamni oreol galaksija uključivao je kompaktne, slabo zračeće zvijezde tog tipasmeđi patuljci i ogromne planete blizu Jupitera u masi. Međutim, ove pretpostavke nisu izdržale ispitivanje. Barionska materija, poznata i poznata, stoga ne može igrati značajnu ulogu u skrivenoj masi galaksija.
Danas fizika traži nepoznate komponente. Praktična istraživanja naučnika zasnivaju se na teoriji supersimetrije mikrokosmosa, prema kojoj za svaku poznatu česticu postoji supersimetrični par. To su oni koji čine tamnu materiju. Međutim, još uvijek nisu dobiveni dokazi o postojanju takvih čestica, možda je to pitanje za blisku budućnost.
Tamna energija
Otkriće nove vrste materije nije okončalo iznenađenja koja je Univerzum pripremio za naučnike. Godine 1998. astrofizičari su imali još jednu priliku da uporede podatke teorija sa činjenicama. Ovu godinu obilježila je eksplozija supernove u galaksiji daleko od nas.
Astronomi su izmjerili udaljenost do nje i bili su izuzetno iznenađeni dobivenim podacima: zvijezda je planula mnogo dalje nego što je trebala biti prema postojećoj teoriji. Ispostavilo se da se brzina širenja svemira povećava s vremenom: sada je mnogo veća nego prije 14 milijardi godina, kada se navodno dogodio veliki prasak.
Kao što znate, da bi se ubrzalo kretanje tijela, ono treba da prenosi energiju. Sila koja uzrokuje da se svemir brže širi postala je poznata kao tamna energija. Ovo nije ništa manje misteriozan dio kosmosa od tamne materije. Poznato je samo da je karakterističanujednačena distribucija po svemiru, a njegov uticaj se može registrovati samo na ogromnim kosmičkim udaljenostima.
I opet kosmološka konstanta
Tamna energija je uzdrmala teoriju velikog praska. Dio naučnog svijeta je skeptičan u pogledu mogućnosti takve supstance i ubrzanja širenja uzrokovanog njom. Neki astrofizičari pokušavaju da ožive zaboravljenu Ajnštajnovu kosmološku konstantu, koja opet iz kategorije velike naučne greške može da pređe u niz radnih hipoteza. Njegovo prisustvo u jednačinama stvara antigravitaciju, što dovodi do ubrzanja ekspanzije. Međutim, neke od posledica prisustva kosmološke konstante ne slažu se sa podacima posmatranja.
Danas su tamna materija i tamna energija, koje čine većinu materije u svemiru, misterije za naučnike. Ne postoji jedinstven odgovor na pitanje o njihovoj prirodi. Štaviše, možda ovo nije posljednja tajna koju svemir krije od nas. Tamna materija i energija mogu postati prag novih otkrića koja mogu promijeniti naše razumijevanje strukture Univerzuma.
