Въпросът за произхода на Вселената, нейното минало и бъдеще тревожи хората от незапомнени времена. В продължение на много векове се появяват и опровергават теории, които предлагат картина на света, базирана на известни данни. Основен шок за научния свят беше теорията на относителността на Айнщайн. Тя също така направи огромен принос за разбирането на процесите, които формират Вселената. Теорията на относителността обаче не би могла да претендира за върховната истина, която не изисква никакви допълнения. Подобряването на технологиите позволи на астрономите да направят немислими открития, които изискват нова теоретична база или значително разширяване на съществуващите разпоредби. Едно такова явление е тъмната материя. Но първо нещата.
Случаи на отминали дни
За да разберем термина "тъмна материя", нека се върнем в началото на миналия век. По това време доминира идеята за Вселената като стационарна структура. Междувременно общата теория на относителността (GR) приема, че рано или късно силата на привличане ще доведе до „залепването“на всички космически обекти в една топка, това ще се случи таканаречен гравитационен колапс. Между космическите обекти няма отблъскващи сили. Взаимното привличане се компенсира от центробежни сили, които създават постоянно движение на звезди, планети и други тела. По този начин се поддържа балансът на системата.
За да предотврати теоретичния колапс на Вселената, Айнщайн въвежда космологична константа - стойност, която привежда системата в необходимото стационарно състояние, но в същото време всъщност е изобретена, без очевидни основания.
Разширяваща се вселена
Изчисленията и откритията на Фридман и Хъбъл показаха, че няма нужда да се нарушават хармоничните уравнения на общата теория на относителността с помощта на нова константа. Доказано е и днес този факт практически не подлежи на съмнение, че Вселената се разширява, някога е имала начало и не може да се говори за стационарност. По-нататъшното развитие на космологията доведе до появата на теорията за Големия взрив. Основното потвърждение на новите предположения е наблюдаваното увеличение на разстоянието между галактиките с времето. Именно измерването на скоростта на отдалечаване една от друга на съседни космически системи доведе до формирането на хипотезата, че има тъмна материя и тъмна енергия.
Данните не съответстват на теорията
Фриц Цвики през 1931 г., а след това Ян Оорт през 1932 г. и през 60-те години на миналия век преброяват масата на материята на галактиките в отдалечен куп и нейното съотношение със скоростта на тяхното отдалечаване една от друга. От време на време учените стигаха до едни и същи заключения: това количество материя не е достатъчно, за да може гравитацията, създадена от нея, да може да задържизаедно галактики, движещи се с толкова високи скорости. Цвики и Оорт предполагат, че има скрита маса, тъмната материя на Вселената, която не позволява на космическите обекти да се разпръскват в различни посоки.
Въпреки това, хипотезата е призната от научния свят едва през седемдесетте, след обявяването на резултатите от работата на Вера Рубин.
Тя изгради криви на въртене, които ясно демонстрират зависимостта на скоростта на движение на материята на галактиката от разстоянието, което я разделя от центъра на системата. Противно на теоретичните предположения се оказа, че скоростите на звездите не намаляват с отдалечаването им от галактическия център, а се увеличават. Подобно поведение на светилата би могло да се обясни само с наличието на ореол в галактиката, която е изпълнена с тъмна материя. Така астрономията е изправена пред напълно неизследвана част от Вселената.
Свойства и състав
Тъмна този вид материя се нарича, защото не може да се види с никакви съществуващи средства. Неговото присъствие се разпознава по косвен знак: тъмната материя създава гравитационно поле, като същевременно не излъчва напълно електромагнитни вълни.
Най-важната задача, която възникна пред учените, беше да получат отговор на въпроса от какво се състои тази материя. Астрофизиците се опитаха да го „запълнят” с обичайната барионна материя (барионната материя се състои от повече или по-малко проучени протони, неутрони и електрони). Тъмният ореол на галактиките включваше компактни, слабо излъчващи звезди от този типкафяви джуджета и огромни планети близо до Юпитер по маса. Тези предположения обаче не издържаха на проверка. Барионната материя, позната и известна, не може да играе значителна роля в скритата маса на галактиките.
Днес физиката търси неизвестни компоненти. Практическите изследвания на учените се основават на теорията за суперсиметрията на микрокосмоса, според която за всяка известна частица има суперсиметрична двойка. Това са тези, които съставляват тъмната материя. Все още обаче не са получени доказателства за съществуването на такива частици, може би това е въпрос за близко бъдеще.
Тъмна енергия
Откриването на нов вид материя не сложи край на изненадите, подготвени от Вселената за учените. През 1998 г. астрофизиците имаха още един шанс да сравнят данните от теориите с фактите. Тази година беше белязана от експлозия на свръхнова в далечна от нас галактика.
Астрономите измериха разстоянието до нея и бяха изключително изненадани от получените данни: звездата пламна много по-далеч, отколкото би трябвало да бъде според съществуващата теория. Оказа се, че скоростта на разширяване на Вселената се увеличава с времето: сега е много по-висока, отколкото преди 14 милиарда години, когато се предполага, че се е случил Големият взрив.
Както знаете, за да ускори движението на тялото, то трябва да прехвърля енергия. Силата, която кара Вселената да се разширява по-бързо, стана известна като тъмна енергия. Това е не по-малко мистериозна част от космоса от тъмната материя. Известно е само, че е характерноравномерно разпределение във Вселената и въздействието му може да бъде регистрирано само на огромни космически разстояния.
И отново космологичната константа
Тъмната енергия разтърси теорията за Големия взрив. Част от научния свят е скептично настроена към възможността за такова вещество и причиненото от него ускорение на разширяване. Някои астрофизици се опитват да възродят забравената космологична константа на Айнщайн, която отново от категорията на голяма научна грешка може да влезе в броя на работещите хипотези. Неговото присъствие в уравненията създава антигравитация, което води до ускоряване на разширяването. Някои от последствията от наличието на космологичната константа обаче не са в съгласие с данните от наблюденията.
Днес тъмната материя и тъмната енергия, които съставляват по-голямата част от материята във Вселената, са мистерии за учените. Няма еднозначен отговор на въпроса за тяхната природа. Освен това, може би това не е последната тайна, която космосът крие от нас. Тъмната материя и енергия може да се превърнат в прага на нови открития, които могат да обърнат нашето разбиране за структурата на Вселената.
