Jautājums par Visuma izcelsmi, tā pagātni un nākotni cilvēkus ir satraucis kopš neatminamiem laikiem. Daudzus gadsimtus ir radušās un atspēkotas teorijas, kas piedāvā pasaules ainu, pamatojoties uz zināmiem datiem. Būtisks šoks zinātniskajai pasaulei bija Einšteina relativitātes teorija. Viņa arī sniedza milzīgu ieguldījumu, lai izprastu procesus, kas veido Visumu. Tomēr relativitātes teorija nevarēja pretendēt uz galīgo patiesību, kas neprasa nekādus papildinājumus. Tehnoloģiju uzlabošana ļāva astronomiem izdarīt iepriekš neiedomājamus atklājumus, kuriem bija nepieciešama jauna teorētiskā bāze vai ievērojama esošo noteikumu paplašināšana. Viena no šādām parādībām ir tumšā viela. Bet vispirms vispirms.
Pagājušo dienu gadījumi
Lai saprastu terminu "tumšā matērija", atgriezīsimies pagājušā gadsimta sākumā. Tolaik dominēja priekšstats par Visumu kā stacionāru struktūru. Tikmēr vispārējā relativitātes teorijā (GR) tika pieņemts, ka agrāk vai vēlāk pievilkšanas spēks novedīs pie visu kosmosa objektu "salipšanas" vienā bumbiņā, tas notiks šādisauc par gravitācijas sabrukumu. Starp kosmosa objektiem nav atgrūdošu spēku. Savstarpējo pievilcību kompensē centrbēdzes spēki, kas rada pastāvīgu zvaigžņu, planētu un citu ķermeņu kustību. Tādā veidā tiek uzturēts sistēmas līdzsvars.
Lai novērstu teorētisko Visuma sabrukumu, Einšteins ieviesa kosmoloģisko konstanti - vērtību, kas noved sistēmu vajadzīgajā stacionārajā stāvoklī, bet tajā pašā laikā ir faktiski izgudrota, kam nav acīmredzama pamata.
Visuma paplašināšana
Frīdmena un Habla aprēķini un atklājumi ir parādījuši, ka nav nepieciešams pārkāpt harmoniskos vispārējās relativitātes vienādojumus ar jaunas konstantes palīdzību. Ir pierādīts, un šodien šis fakts praktiski nav apšaubāms, ka Visums paplašinās, tam kādreiz bija sākums, un par stacionaritāti nevar būt ne runas. Kosmoloģijas turpmākā attīstība noveda pie lielā sprādziena teorijas rašanās. Galvenais jauno pieņēmumu apstiprinājums ir novērotais attāluma pieaugums starp galaktikām laika gaitā. Tieši blakus esošo kosmosa sistēmu noņemšanas ātruma mērīšana noveda pie hipotēzes veidošanās, ka pastāv tumšā viela un tumšā enerģija.
Dati neatbilst teorijai
Frits Cvikijs 1931. gadā un pēc tam Jans Orts 1932. gadā un 1960. gados skaitīja galaktiku matērijas masu tālā klasterī un tās attiecību ar to atdalīšanas ātrumu viena no otras. Ik pa laikam zinātnieki nonāca pie vienādiem secinājumiem: ar šādu vielas daudzumu nepietiek, lai tās radītā gravitācija spētu noturētkopā galaktikas, kas pārvietojas ar tik lielu ātrumu. Cvikijs un Orts ierosināja, ka pastāv slēpta masa, Visuma tumšā matērija, kas neļauj kosmosa objektiem izkliedēties dažādos virzienos.
Tomēr hipotēzi zinātniskā pasaule atzina tikai septiņdesmitajos gados, pēc Veras Rubinas darba rezultātu paziņošanas.
Viņa izveidoja rotācijas līknes, kas skaidri parāda galaktikas matērijas kustības ātruma atkarību no attāluma, kas to atdala no sistēmas centra. Pretēji teorētiskajiem pieņēmumiem izrādījās, ka zvaigžņu ātrumi nevis samazinās, tām attālinoties no galaktikas centra, bet gan palielinās. Šādu gaismekļu uzvedību varētu izskaidrot tikai ar halo klātbūtni galaktikā, kas ir piepildīta ar tumšo vielu. Tādējādi astronomija saskaras ar pilnīgi neizpētītu Visuma daļu.
Īpašības un sastāvs
Tumšā šāda veida matērija tiek saukta tāpēc, ka to nevar redzēt ne ar kādiem līdzekļiem. Tās klātbūtne tiek atpazīta pēc netiešas zīmes: tumšā viela rada gravitācijas lauku, vienlaikus neizstaro pilnībā elektromagnētiskos viļņus.
Svarīgākais uzdevums, kas radās zinātnieku priekšā, bija iegūt atbildi uz jautājumu, no kā sastāv šī matērija. Astrofiziķi mēģināja to "piepildīt" ar parasto barionu vielu (barionu viela sastāv no vairāk vai mazāk izpētītiem protoniem, neitroniem un elektroniem). Galaktiku tumšajā oreolā ietilpa kompaktas, vāji izstarojošas šāda veida zvaigznesbrūnie punduri un milzīgas planētas tuvu Jupiteram masā. Tomēr šie pieņēmumi nav izturējuši pārbaudi. Bariona matērija, kas ir pazīstama un zināma, tādējādi nevar spēlēt nozīmīgu lomu slēptajā galaktiku masā.
Šodien fizika meklē nezināmus komponentus. Zinātnieku praktiskie pētījumi ir balstīti uz mikrokosma supersimetrijas teoriju, saskaņā ar kuru katrai zināmajai daļiņai ir supersimetrisks pāris. Tie ir tie, kas veido tumšo vielu. Tomēr pierādījumi par šādu daļiņu esamību vēl nav iegūti, iespējams, tas ir tuvākās nākotnes jautājums.
Tumšā enerģija
Jauna veida matērijas atklāšana nebeidzās Visuma sagatavotajiem pārsteigumiem zinātniekiem. 1998. gadā astrofiziķiem bija vēl viena iespēja salīdzināt teoriju datus ar faktiem. Šis gads iezīmējās ar supernovas eksploziju galaktikā, kas atrodas tālu no mums.
Astronomi izmērīja attālumu līdz tai un bija ārkārtīgi pārsteigti par iegūtajiem datiem: zvaigzne uzliesmoja daudz tālāk, nekā tai vajadzēja būt saskaņā ar esošo teoriju. Izrādījās, ka Visuma izplešanās ātrums ar laiku palielinās: tagad tas ir daudz lielāks nekā tas bija pirms 14 miljardiem gadu, kad it kā notika lielais sprādziens.
Kā zināms, lai paātrinātu ķermeņa kustību, tam ir jānodod enerģija. Spēks, kas liek Visumam ātrāk izplesties, ir kļuvis pazīstams kā tumšā enerģija. Šī ir ne mazāk noslēpumaina kosmosa daļa kā tumšā viela. Ir zināms tikai tas, ka tas ir raksturīgsvienmērīgs sadalījums visā Visumā, un tā ietekmi var reģistrēt tikai milzīgos kosmiskos attālumos.
Un atkal kosmoloģiskā konstante
Tumšā enerģija ir satricinājusi Lielā sprādziena teoriju. Daļa zinātniskās pasaules ir skeptiski noskaņota pret šādas vielas iespējamību un tās izraisīto izplešanās paātrinājumu. Daži astrofiziķi cenšas atdzīvināt aizmirsto Einšteina kosmoloģisko konstanti, kas atkal no lielas zinātniskas kļūdas kategorijas var iedziļināties darba hipotēžu skaitā. Tā klātbūtne vienādojumos rada pretgravitāciju, kas izraisa izplešanās paātrinājumu. Tomēr dažas no kosmoloģiskās konstantes klātbūtnes sekām neatbilst novērojumu datiem.
Mūsdienās tumšā matērija un tumšā enerģija, kas veido lielāko daļu Visuma matērijas, ir zinātniekiem noslēpumi. Uz jautājumu par to būtību nav vienas atbildes. Turklāt, iespējams, tas nav pēdējais noslēpums, ko kosmoss no mums slēpj. Tumšā matērija un enerģija var kļūt par jaunu atklājumu slieksni, kas var mainīt mūsu izpratni par Visuma uzbūvi.
