Σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια:Κοινές παρανοήσεις

Ο χώρος είναι μεγάλος. Το σύμπαν που η ανθρώπινη φυλή αποκαλεί σπίτι είναι τόσο απέραντο που ακόμη και τα ισχυρότερα τηλεσκόπια δεν μπορούν να δουν την άκρη. Παρά ή ίσως λόγω αυτών των αποστάσεων, οι επιστήμονες πίστευαν από καιρό ότι δεν υπήρχε τίποτα άλλο παρά κενός χώρος μεταξύ των ηλιακών συστημάτων. Ωστόσο, η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια γεμίζουν μεγάλο μέρος αυτού του χώρου. Περίπου το 84% του Γαλαξία μας αποτελείται από αυτά τα υλικά. Τι είναι η σκοτεινή ενέργεια και η σκοτεινή ύλη και ποιες είναι μερικές από τις πιο κοινές παρανοήσεις γύρω από αυτές τις δύο άπιαστες ουράνιες ουσίες;

Τι είναι η σκοτεινή ύλη;

Η κατανόηση των λανθασμένων αντιλήψεων γύρω από τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια ξεκινά με την εκμάθηση για αυτές τις ίδιες τις άπιαστες ουσίες. Το Λεξικό της Οξφόρδης ορίζει τη σκοτεινή ύλη ως «μη φωτεινό υλικό που θεωρείται ότι υπάρχει στο διάστημα και μπορεί να πάρει οποιαδήποτε από τις διάφορες μορφές». Αυτές οι μορφές θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν ασθενώς αλληλεπιδρώντα σωματίδια, γνωστά και ως ψυχρή σκοτεινή ύλη, ή σωματίδια υψηλής ενέργειας που δημιουργήθηκαν αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, που αναφέρονται ως καυτή σκοτεινή ύλη.

Η σκοτεινή ύλη δεν παράγει φως ή ενέργεια. Επίσης, δεν φαίνεται να απορροφά ή να ανακλά κανένα φως ή ενεργειακό κύμα, καθιστώντας το ουσιαστικά αόρατο με γυμνό μάτι και όλες τις μορφές υπάρχοντος εξοπλισμού παρακολούθησης.

Πώς γνωρίζουν οι ερευνητές ότι υπάρχει σκοτεινή ενέργεια αν δεν μπορούν να την παρατηρήσουν άμεσα; Μπορούν να παρακολουθήσουν πώς αλληλεπιδρά με πράγματα που μπορούν να δουν. Η σκοτεινή ύλη είναι γνωστό ότι αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο κινούνται τα αστέρια και οι γαλαξίες και αποτελεί περισσότερο μέρος του σύμπαντος από την ορατή ύλη. Οι πλανήτες και τα αστέρια που μπορούν να παρατηρήσουν οι αστρονόμοι αντιπροσωπεύουν μόνο το 5% της σύνθεσης του γαλαξία. Η σκοτεινή ύλη αποτελεί περίπου το 27%.

Τι είναι η Σκοτεινή Ενέργεια;

Τι αποτελείται από το υπόλοιπο σύμπαν εάν το 27% είναι σκοτεινή ύλη και το 5% είναι ορατή ύλη; Εκεί μπαίνει η σκοτεινή ενέργεια. Υπάρχει, αλλά οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν πολλά γι' αυτήν.

Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν ήταν ο πρώτος που διατύπωσε τη θεωρία ότι τα μεγάλα κενά μεταξύ των άστρων και των πλανητών δεν ήταν απλώς το διάστημα. Σύμφωνα με τη θεωρία του για τη βαρύτητα, ο κενός χώρος θα μπορούσε ενδεχομένως να έχει τη δική του ενέργεια. Σε αντίθεση με τη σκοτεινή ύλη και την ορατή ύλη, ο Αϊνστάιν θεώρησε ότι η διαστολή του σύμπαντος δεν αραιώνει τη σκοτεινή ενέργεια επειδή είναι ένα χαρακτηριστικό αυτού του όχι και τόσο άδειου χώρου ανάμεσα στα αστέρια και τους πλανήτες.

Αυτή είναι μόνο μια θεωρία. Άλλοι ερευνητές λένε ότι αυτή η ενέργεια θα μπορούσε να αποτελείται από προσωρινά εικονικά σωματίδια που σχηματίζονται και εξαφανίζονται. Υπάρχει επίσης μια θεωρία ότι κάτι εντελώς άλλο - ένα δυναμικό ενεργειακό ρευστό ή πεδίο - μπορεί να γεμίσει όλο αυτό το χώρο.

Το γεγονός είναι ότι ενώ οι ερευνητές κατανοούν ότι το μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντος αποτελείται από κάτι που δεν μπορεί να φανεί, δεν μπορεί επίσης να μελετηθεί ή να κατανοηθεί πραγματικά. Αυτό έχει οδηγήσει σε αρκετές παρανοήσεις, τόσο σε δημόσιους χώρους όσο και σε εργαστήρια.

Παρανόηση για τη σκοτεινή ύλη και την ενέργεια

Ο κατάλογος των πραγμάτων που οι ερευνητές δεν καταλαβαίνουν για τη σκοτεινή ύλη και ενέργεια είναι πολύ μεγαλύτερος από αυτό που ξέρουν ή μπορούν να αποδείξουν. Ακολουθούν μερικές από τις πιο κοινές παρανοήσεις σχετικά με τη σκοτεινή ύλη και ενέργεια.

Δεν υπάρχει διαφορά μεταξύ της σκοτεινής ύλης και της σκοτεινής ενέργειας

Μία από τις πιο κοινές παρανοήσεις σχετικά με τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια είναι ότι οι ετικέτες είναι εναλλάξιμες. Είναι εύκολο να υποθέσουμε ότι το να γίνεις κάτι έχει τη λέξη «σκοτεινό» στο όνομα ότι είναι το ίδιο. Αυτό δεν θα μπορούσε να απέχει περισσότερο από την αλήθεια. Από όσο γνωρίζουν οι αστροφυσικοί, το μόνο κοινό που έχουν αυτά τα πράγματα είναι το όνομά τους — και ονομάζονται και τα δύο σκοτεινά απλά επειδή οι επιστήμονες δεν ξέρουν τι είναι.

Όπως καταλαβαίνουν οι ερευνητές, η σκοτεινή ύλη ασκεί μια βαρυτική δύναμη και προσελκύει πράγματα σε αυτήν. Από την άλλη πλευρά, η σκοτεινή ενέργεια μπορεί να συμβάλλει στη συνεχή διαστολή του σύμπαντος. Το γεγονός παραμένει ότι υπάρχουν τόσα πολλά που η επιστήμη δεν κατανοεί σχετικά με τη σκοτεινή ύλη και την ενέργεια που οι ερευνητές δεν έχουν την πολυτέλεια να κάνουν υποθέσεις σχετικά με αυτές τις ουράνιες σταθερές.

Είναι όλα τα ίδια πράγματα

Οι ερευνητές καταλαβαίνουν τόσο λίγα για τη σκοτεινή ύλη που όλα όσα γνωρίζουν θα μπορούσαν να αποδειχθούν λανθασμένα τις επόμενες δεκαετίες. Μία από τις μεγαλύτερες υποθέσεις είναι ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται από ένα είδος υλικού.

Αυτή η υπόθεση θα ήταν αντίθετη με όλα όσα έχουν δει οι αστροφυσικοί στο παρατηρήσιμο σύμπαν. Ακόμη και τα πράγματα που φαίνονται κυρίως να αποτελούνται από ένα μόνο στοιχείο έχουν συχνά άλλα ιχνοστοιχεία αναμεμειγμένα. Τα ογκώδη σύννεφα σκόνης στα οποία γεννιούνται αστέρια αποτελούνται κυρίως από υδρογόνο και ήλιο. Ωστόσο, ο άνθρακας, το άζωτο, το μαγνήσιο και ο σίδηρος υπάρχουν επίσης και είναι απαραίτητα για τη δημιουργία του αστεριού.

Δεν υπάρχει λόγος να υποθέσουμε ότι η σκοτεινή ύλη είναι διαφορετική, ειδικά επειδή αποτελεί ένα τόσο μεγάλο μέρος του σύμπαντος.

Η κοσμολογική σταθερά

Η κοσμολογική σταθερά είναι μια μεταβλητή που ο Άλμπερτ Αϊνστάιν εισήγαγε στις εξισώσεις του για να εξισορροπήσει τη θεωρία της γενικής σχετικότητας. Όταν δημοσίευσε αυτή τη θεωρία το 1915, ο τομέας της φυσικής πίστευε ότι το σύμπαν ήταν στατικό. Αυτή η σταθερά επέτρεψε στον Αϊνστάιν να παραμορφώσει τις εξισώσεις του αρκετά ώστε να κατανοήσει την υπόθεσή του. Φυσικά, χρειάστηκαν μόνο 10 χρόνια και μια παρατήρηση του Edwin Hubble για να διαψεύσει την κοσμολογική σταθερά.

Η κατανόηση ότι το σύμπαν διαστέλλεται σημαίνει ότι εάν η θεωρία σχετικά με τη σκοτεινή ενέργεια που είναι χαρακτηριστικό του χώρου μεταξύ των αστρικών συστημάτων αποδειχτεί αληθινή, η σκοτεινή ενέργεια θα αυξάνεται συνεχώς σε ισχύ. Η λανθασμένη αντίληψη της κοσμολογικής σταθεράς υποθέτει ότι η σκοτεινή ενέργεια θα έχει πάντα την ίδια δύναμη επειδή είναι μια σταθερή τιμή που είναι ίδια σε ολόκληρο το σύμπαν.

Το όριο ταχύτητας φωτός

Πολλές τρέχουσες θεωρίες γύρω από τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια χρονολογούνται από τις αρχές του 1900. Εκτός από την εισαγωγή της κοσμολογικής σταθεράς, η οποία έχει ήδη αποδειχθεί ψευδής, η θεωρία της γενικής σχετικότητας υπέθεσε ότι υπάρχει ένα κοσμικό όριο ταχύτητας που τίποτα δεν μπορεί να επιτύχει. Αυτή είναι η ταχύτητα με την οποία ταξιδεύουν τα φωτόνια, γνωστή και ως ταχύτητα του φωτός.

Τι σημαίνει αυτό για την αστροφυσική και την κατανόηση της σκοτεινής ύλης ή της σκοτεινής ενέργειας; Αυτές οι ουσίες είναι αόρατες στις σύγχρονες μεθόδους ανίχνευσης επειδή μπορεί να ταξιδεύουν ταχύτερα από το φως. Μερικοί φυσικοί θεωρούν ότι αυτά τα σωματίδια θα μπορούσαν να κινούνται τόσο γρήγορα που τα φωτόνια που θα αντανακλούσαν και θα ειδοποιούσαν τους ερευνητές για την παρουσία τους δεν μπορούν καν να τα φτάσουν.

Υπάρχει καθόλου η σκοτεινή ύλη;

Με όλες αυτές τις θεωρίες και εικασίες, είναι δίκαιο να αναρωτηθούμε:Υπάρχει καθόλου η σκοτεινή ύλη; Επί του παρόντος, η ύπαρξή του είναι απλώς μια θεωρία και δεν την προσυπογράφουν όλοι. Κάποιοι εικάζουν ότι η ιδέα της σκοτεινής ύλης επινοήθηκε για να κάνει τα δεδομένα της αστροφυσικής να ταιριάζουν με τα μοντέλα που περιέγραφαν. Άλλες θεωρίες, όπως η Τροποποιημένη Νευτώνεια Δυναμική (MOND), είναι οι κύριες εναλλακτικές λύσεις στις υποθέσεις της σκοτεινής ενέργειας και της σκοτεινής ύλης.

Το MOND μοιάζει πολύ με τις επί του παρόντος αποδεκτές θεωρίες της Νευτώνειας Βαρύτητας, με μια σημαντική διαφορά - την ταχύτητα της επιτάχυνσης. Η MOND έχει κάποια βάση στην πραγματικότητα. Οι υπολογισμοί της βαρυτικής επιτάχυνσής του σε κατώφλι μικρότερο από 10-10 m/s2 λειτουργούν για όλους τους μετρούμενους γαλαξίες, ανεξάρτητα από το μέγεθος ή την ηλικία.

Ενώ η έννοια της σκοτεινής ύλης χρονολογείται από τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, ο MOND είναι μόλις τριών δεκαετιών περίπου. Ακόμα κι αν δεν έχουν αποδείξει ακόμη την ύπαρξή της, οι αστροφυσικοί προτιμούν τη θεωρία της σκοτεινής ύλης από τη MOND για την ευελιξία της. Σε μια δοκιμή head-to-head, η MOND δεν μπόρεσε να παράγει τα ίδια αποτελέσματα με τις θεωρίες της σκοτεινής ύλης, πράγμα που σημαίνει ότι πολλοί σχεδιάζουν να την εγκαταλείψουν υπέρ της σκοτεινής ύλης.

Στις επόμενες δεκαετίες, η έρευνα μπορεί να αποδείξει ότι η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια δεν υπάρχουν, αλλά προς το παρόν, εξακολουθεί να είναι η καλύτερη θεωρία που έχουν οι φυσικοί για να εξηγήσουν τι συμβαίνει στο σύμπαν.

Κοιτάζοντας προς τον ουρανό

Υπάρχουν ακόμη τόσα πολλά που η ανθρώπινη φυλή δεν καταλαβαίνει για το σύμπαν που κατοικεί που θα μπορούσε να γεμίσει ένα βιβλίο που θα έφτανε στο φεγγάρι και πίσω και θα εξακολουθούσε να λείπει κάποια κεφάλαια. Ερευνητές και αστροφυσικοί εργάζονται με ό,τι έχουν για να βελτιώσουν την κατανόηση της ανθρωπότητας για το σύμπαν. Καταλαβαίνουν περισσότερα από ό,τι πριν από 50 χρόνια, και ποιος ξέρει τι θα μάθουν σε 50 χρόνια από τώρα.

Η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να είναι το κλειδί για το ξεκλείδωμα των μυστικών του σύμπαντος.