مسأله منشا کیهان، گذشته و آینده آن از زمان های بسیار قدیم برای مردم نگران کننده بوده است. برای قرن‌های متمادی، نظریه‌هایی به وجود آمده و رد شده‌اند و تصویری از جهان بر اساس داده‌های شناخته شده ارائه می‌دهند. یک شوک اساسی برای دنیای علم نظریه نسبیت انیشتین بود. او همچنین سهم بزرگی در درک فرآیندهایی که کیهان را تشکیل می دهند، داشت. با این حال، نظریه نسبیت نمی تواند ادعا کند که حقیقت نهایی است، که نیازی به هیچ افزودنی ندارد. بهبود فن آوری ها به اخترشناسان اجازه داد تا اکتشافات غیرقابل تصوری را انجام دهند که به یک پایه نظری جدید یا گسترش قابل توجهی از مقررات موجود نیاز داشت. یکی از این پدیده ها ماده تاریک است. اما اول از همه.
موارد روزهای گذشته
برای درک اصطلاح "ماده تاریک" اجازه دهید به ابتدای قرن گذشته برگردیم. در آن زمان، ایده کیهان به عنوان یک ساختار ثابت غالب بود. در همین حال، نظریه نسبیت عام (GR) فرض می‌کرد که دیر یا زود نیروی جاذبه منجر به "چسبیدن" همه اجرام فضایی به یک توپ می‌شود، این اتفاق می‌افتد.به نام فروپاشی گرانشی هیچ نیروی دافعه ای بین اجرام فضایی وجود ندارد. جاذبه متقابل توسط نیروهای گریز از مرکز که حرکت ثابتی از ستارگان، سیارات و دیگر اجرام را ایجاد می کنند، جبران می شود. به این ترتیب تعادل سیستم حفظ می شود.
برای جلوگیری از فروپاشی نظری کیهان، انیشتین یک ثابت کیهانی معرفی کرد - مقداری که سیستم را به حالت ثابت لازم می رساند، اما در عین حال در واقع اختراع شده است، بدون دلیل آشکار.
گسترش جهان
محاسبات و اکتشافات فریدمن و هابل نشان داده است که نیازی به نقض معادلات هماهنگ نسبیت عام با کمک یک ثابت جدید نیست. ثابت شده است و امروزه این واقعیت عملاً بدون تردید است که جهان در حال انبساط است، زمانی آغازی داشته است و نمی توان از ایستایی صحبت کرد. توسعه بیشتر کیهان شناسی منجر به ظهور نظریه انفجار بزرگ شد. تایید اصلی فرضیات جدید افزایش مشاهده شده در فاصله بین کهکشان ها با زمان است. این اندازه گیری سرعت حذف از یکدیگر سیستم های فضایی همسایه بود که منجر به شکل گیری این فرضیه شد که ماده تاریک و انرژی تاریک وجود دارد.
داده‌ها با نظریه سازگار نیست
فریتز زویکی در سال 1931، و سپس یان اورت در سال 1932 و در دهه 1960، جرم ماده کهکشان ها را در یک خوشه دور و نسبت آن را با سرعت حذف آنها از یکدیگر می شمردند. هر از چند گاهی دانشمندان به همین نتیجه می رسیدند: این مقدار ماده برای گرانش ایجاد شده توسط آن کافی نیست تا بتواند آن را نگه دارد.کهکشان هایی که با هم با چنین سرعت بالایی حرکت می کنند. زویکی و اورت پیشنهاد کردند که جرمی پنهان وجود دارد، ماده تاریک کیهان، که اجازه نمی‌دهد اجرام فضایی در جهات مختلف پراکنده شوند.
اما این فرضیه تنها در دهه هفتاد و پس از اعلام نتایج کار ورا روبین توسط دنیای علمی به رسمیت شناخته شد.
او منحنی های چرخشی ساخت که به وضوح وابستگی سرعت حرکت ماده کهکشان را به فاصله ای که آن را از مرکز منظومه جدا می کند نشان می دهد. برخلاف فرضیات نظری، مشخص شد که سرعت ستاره ها با دور شدن از مرکز کهکشانی کاهش نمی یابد، بلکه افزایش می یابد. چنین رفتار منورها را می‌توان تنها با وجود هاله‌ای در کهکشان، که پر از ماده تاریک است، توضیح داد. بنابراین، نجوم با بخش کاملاً ناشناخته کیهان روبرو شد.
خواص و ترکیب
به این نوع ماده تاریک می گویند زیرا با هیچ وسیله موجود نمی توان آن را دید. وجود آن با یک علامت غیرمستقیم تشخیص داده می شود: ماده تاریک میدان گرانشی ایجاد می کند، در حالی که امواج کاملاً الکترومغناطیسی ساطع نمی کند.
مهمترین وظیفه ای که در برابر دانشمندان مطرح شد، یافتن پاسخی برای این سؤال بود که این ماده از چه چیزی تشکیل شده است. اخترفیزیکدانان سعی کردند آن را با ماده باریون معمولی پر کنند (ماده باریون از پروتون ها، نوترون ها و الکترون ها کم و بیش مطالعه شده تشکیل شده است). هاله تاریک کهکشان ها شامل ستارگان فشرده و ضعیفی از این نوع بودکوتوله های قهوه ای و سیارات عظیم نزدیک به مشتری از نظر جرم. با این حال، این فرضیات در برابر بررسی دقیق قرار نگرفته اند. بنابراین، ماده باریون، آشنا و شناخته شده، نمی تواند نقش مهمی در جرم پنهان کهکشان ها داشته باشد.
امروز، فیزیک به دنبال اجزای ناشناخته است. تحقیقات عملی دانشمندان مبتنی بر نظریه ابر تقارن جهان خرد است که بر اساس آن برای هر ذره شناخته شده یک جفت ابر متقارن وجود دارد. اینها همانهایی هستند که ماده تاریک را می سازند. با این حال، هنوز هیچ مدرکی دال بر وجود چنین ذرات به دست نیامده است، شاید این موضوع مربوط به آینده نزدیک باشد.
انرژی تاریک
کشف نوع جدیدی از ماده به غافلگیری که کیهان برای دانشمندان تدارک دیده بود پایان نداد. در سال 1998، اخترفیزیکدانان فرصت دیگری برای مقایسه داده های نظریه ها با واقعیت ها داشتند. امسال با انفجار یک ابرنواختر در کهکشانی دور از ما مشخص شد.
ستاره شناسان فاصله تا آن را اندازه گرفتند و از داده های به دست آمده بسیار شگفت زده شدند: این ستاره بسیار بیشتر از آنچه که باید طبق نظریه موجود شعله ور شد. معلوم شد که سرعت انبساط کیهان با گذشت زمان افزایش می‌یابد: اکنون بسیار بیشتر از ۱۴ میلیارد سال پیش است، زمانی که ظاهراً انفجار بزرگ اتفاق افتاد.
همانطور که می دانید برای تسریع حرکت بدن نیاز به انتقال انرژی دارد. نیرویی که باعث انبساط سریعتر جهان می شود به عنوان انرژی تاریک شناخته شده است. این بخش اسرارآمیز کمتر از ماده تاریک از کیهان نیست. فقط مشخص است که مشخص استتوزیع یکنواخت در سراسر جهان، و تاثیر آن را می توان تنها در فواصل عظیم کیهانی ثبت کرد.
و دوباره ثابت کیهانی
انرژی تاریک نظریه انفجار بزرگ را تکان داده است. بخشی از دنیای علمی در مورد احتمال وجود چنین ماده ای و شتاب انبساط ناشی از آن تردید دارند. برخی از اخترفیزیکدانان در تلاش برای احیای ثابت کیهانی فراموش شده انیشتین هستند که باز هم از دسته یک اشتباه علمی بزرگ می تواند به تعداد فرضیه های کاری وارد شود. وجود آن در معادلات باعث ایجاد ضد جاذبه می شود که منجر به شتاب انبساط می شود. با این حال، برخی از پیامدهای حضور ثابت کیهانی با داده های رصدی مطابقت ندارد.
امروزه، ماده تاریک و انرژی تاریک، که بیشتر ماده در جهان را تشکیل می دهند، برای دانشمندان راز هستند. هیچ پاسخ واحدی برای سؤال در مورد ماهیت آنها وجود ندارد. علاوه بر این، شاید این آخرین رازی نباشد که فضا از ما پنهان می کند. ماده تاریک و انرژی ممکن است به آستانه اکتشافات جدیدی تبدیل شوند که می توانند درک ما از ساختار جهان را تغییر دهند.
