Pitanje nastanka svemira, njegove prošlosti i budućnosti zabrinjava ljude od pamtivijeka. Stoljećima su se pojavile i pobijale teorije, nudeći sliku svijeta temeljenu na poznatim podacima. Temeljni šok za znanstveni svijet bila je Einsteinova teorija relativnosti. Također je dala ogroman doprinos razumijevanju procesa koji tvore Svemir. Međutim, teorija relativnosti ne bi mogla tvrditi da je konačna istina, koja ne zahtijeva nikakve dodatke. Poboljšanje tehnologije omogućilo je astronomima da dođu do dosad nezamislivih otkrića koja su zahtijevala novu teorijsku osnovu ili značajno proširenje postojećih odredbi. Jedan takav fenomen je tamna tvar. Ali prvo o svemu.
Slučajevi prošlih dana
Da bismo razumjeli pojam "tamne tvari" vratimo se na početak prošlog stoljeća. 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 gravitacijski kolaps. Između svemirskih objekata nema odbojnih sila. Međusobnu privlačnost kompenziraju centrifugalne sile koje stvaraju stalno kretanje zvijezda, planeta i drugih tijela. Na taj se način održava ravnoteža sustava.
Kako bi spriječio teorijski kolaps svemira, Einstein je uveo kozmološku konstantu - vrijednost koja dovodi sustav u potrebno stacionarno stanje, ali je u isto vrijeme zapravo izmišljena, bez očitih osnova.
Proširujući svemir
Proračuni i otkrića Friedmana i Hubbla pokazali su da nema potrebe narušavati harmonične jednadžbe opće relativnosti uz pomoć nove konstante. Dokazano je, a danas je ta činjenica praktički nesumnjiva, da se Svemir širi, nekada je imao početak, a o stacionarnosti ne može biti govora. Daljnji razvoj kozmologije doveo je do pojave teorije velikog praska. Glavna potvrda novih pretpostavki je uočeno povećanje udaljenosti između galaksija s vremenom. Upravo je mjerenje brzine međusobnog uklanjanja susjednih svemirskih sustava dovelo do formiranja hipoteze da postoji tamna tvar 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 njezin omjer sa brzinom njihovog odstranjivanja jedne od druge. S vremena na vrijeme znanstvenici 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 sugerirali su da postoji skrivena masa, tamna tvar svemira, koja ne dopušta svemirskim objektima da se rasprše u različitim smjerovima.
Međutim, hipotezu je znanstveni svijet prepoznao tek sedamdesetih godina, nakon objave rezultata rada Vere Rubin.
Izgradila je krivulje rotacije koje jasno pokazuju ovisnost brzine kretanja materije galaksije o udaljenosti koja je dijeli od središta sustava. Suprotno teorijskim pretpostavkama, pokazalo se da se brzine zvijezda ne smanjuju kako se udaljavaju od galaktičkog središta, već rastu. Takvo ponašanje svjetiljki moglo bi se objasniti samo prisutnošću haloa u galaksiji, koja je ispunjena tamnom tvari. 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. Njegova prisutnost se prepoznaje po neizravnom znaku: tamna tvar stvara gravitacijsko polje, a ne emitira potpuno elektromagnetske valove.
Najvažniji zadatak koji se pojavio pred znanstvenicima bio je dobiti odgovor na pitanje od čega se ova materija sastoji. Astrofizičari su ga pokušali "napuniti" uobičajenom barionskom materijom (barionska tvar se sastoji od manje-više proučenih protona, neutrona i elektrona). Tamni oreol galaksija uključivao je kompaktne, slabo zračeće zvijezde tog tipasmeđi patuljci i ogromni planeti blizu Jupitera u masi. Međutim, ove pretpostavke nisu izdržale ispitivanje. Barionska tvar, poznata i poznata, stoga ne može igrati značajnu ulogu u skrivenoj masi galaksija.
Danas fizika traži nepoznate komponente. Praktično istraživanje znanstvenika temelji se na teoriji supersimetrije mikrokozmosa, prema kojoj za svaku poznatu česticu postoji supersimetrični par. To su oni koji čine tamnu tvar. 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 Svemir pripremio za znanstvenike. Godine 1998. astrofizičari su imali još jednu priliku usporediti podatke teorija s činjenicama. Ovu godinu obilježila je eksplozija supernove u galaksiji daleko od nas.
Astronomi su izmjerili udaljenost do nje i bili su iznimno iznenađeni dobivenim podacima: zvijezda je planula mnogo dalje nego što je trebala biti prema postojećoj teoriji. Pokazalo 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 prenositi energiju. Sila koja uzrokuje brže širenje svemira postala je poznata kao tamna energija. Ovo nije ništa manje tajanstveni dio kozmosa od tamne tvari. Poznato je samo da je karakterističanjednoliku distribuciju po svemiru, a njegov utjecaj se može registrirati samo na ogromnim kozmičkim udaljenostima.
I opet kozmološka konstanta
Tamna energija uzdrmala je teoriju velikog praska. Dio znanstvenog svijeta skeptičan je u pogledu mogućnosti takve tvari i ubrzanja širenja uzrokovanog njome. Neki astrofizičari pokušavaju oživjeti zaboravljenu Einsteinovu kozmološku konstantu, koja opet iz kategorije velike znanstvene greške može ići u broj radnih hipoteza. Njegova prisutnost u jednadžbama stvara antigravitaciju, što dovodi do ubrzanja širenja. Međutim, neke od posljedica prisutnosti kozmološke konstante ne slažu se s podacima promatranja.
Danas su tamna tvar i tamna energija, koje čine većinu materije u svemiru, misterije za znanstvenike. Ne postoji jedinstven odgovor na pitanje o njihovoj prirodi. Štoviše, možda ovo nije posljednja tajna koju prostor skriva od nas. Tamna tvar i energija mogu postati prag novih otkrića koja mogu promijeniti naše razumijevanje strukture svemira.
