مسألة أصل الكون وماضيه ومستقبله تقلق الناس منذ زمن بعيد. لقرون عديدة ، نشأت النظريات ودحضت ، وقدمت صورة للعالم بناءً على البيانات المعروفة. الصدمة الأساسية للعالم العلمي كانت نظرية النسبية لأينشتاين. كما قدمت مساهمة كبيرة في فهم العمليات التي يتكون منها الكون. ومع ذلك ، لا يمكن لنظرية النسبية أن تدعي أنها الحقيقة المطلقة ، والتي لا تتطلب أي إضافات. سمح تحسين التقنيات لعلماء الفلك بإجراء اكتشافات لم يكن من الممكن تصورها سابقًا وتطلبت قاعدة نظرية جديدة أو توسعًا كبيرًا في الأحكام الحالية. إحدى هذه الظواهر هي المادة المظلمة. لكن أول الأشياء أولاً.
حالات ايام ماضية
لفهم مصطلح "المادة المظلمة" دعنا نعود إلى بداية القرن الماضي. في ذلك الوقت ، سادت فكرة الكون كبنية ثابتة. في غضون ذلك ، افترضت النظرية العامة للنسبية (GR) أن قوة الجذب ستؤدي عاجلاً أو آجلاً إلى "التصاق" جميع الأجسام الفضائية في كرة واحدة ، سيحدث هذا على النحو التالييسمى انهيار الجاذبية. لا توجد قوى تنافر بين الأجسام الفضائية. يتم تعويض الجذب المتبادل من خلال قوى الطرد المركزي التي تخلق حركة مستمرة للنجوم والكواكب والأجسام الأخرى. بهذه الطريقة يتم الحفاظ على رصيد النظام
من أجل منع الانهيار النظري للكون ، قدم أينشتاين ثابتًا كونيًا - وهي القيمة التي تنقل النظام إلى الحالة الثابتة اللازمة ، ولكن في نفس الوقت تم اختراعه بالفعل ، وليس له أسباب واضحة.
توسيع الكون
أظهرت حسابات واكتشافات فريدمان وهابل أنه لا داعي لخرق المعادلات المتناغمة للنسبية العامة بمساعدة ثابت جديد. لقد ثبت ، واليوم هذه الحقيقة لا شك فيها عمليًا ، أن الكون يتوسع ، وكان له بداية ، ولا يمكن الحديث عن الثبات. أدى التطور الإضافي لعلم الكونيات إلى ظهور نظرية الانفجار العظيم. التأكيد الرئيسي للافتراضات الجديدة هو الزيادة الملحوظة في المسافة بين المجرات مع مرور الوقت. لقد كان قياس سرعة إزالة أنظمة الفضاء المجاورة من بعضها البعض هو الذي أدى إلى تكوين الفرضية القائلة بوجود مادة مظلمة وطاقة مظلمة.
البيانات غير متوافقة مع النظرية
فريتز زويكي في عام 1931 ، ثم يان أورت في عام 1932 وفي الستينيات ، كانوا يحسبون كتلة مادة المجرات في عنقود بعيد ونسبتها مع سرعة إزالتها من بعضها البعض. من وقت لآخر ، توصل العلماء إلى نفس الاستنتاجات: هذه الكمية من المادة لا تكفي للجاذبية الناتجة عنها لتكون قادرة على الاحتفاظتتحرك المجرات معًا بمثل هذه السرعات العالية. اقترح زويكي وأورت أن هناك كتلة خفية ، المادة المظلمة للكون ، والتي لا تسمح للأجسام الفضائية بالانتشار في اتجاهات مختلفة.
إلا أن الفرضية لم يتعرف عليها العالم العلمي إلا في السبعينيات ، بعد إعلان نتائج أعمال فيرا روبين.
قامت ببناء منحنيات دوران توضح بوضوح اعتماد سرعة حركة مادة المجرة على المسافة التي تفصلها عن مركز النظام. على عكس الافتراضات النظرية ، اتضح أن سرعات النجوم لا تنخفض عندما تبتعد عن مركز المجرة ، بل تزداد. يمكن تفسير هذا السلوك من النجوم فقط من خلال وجود هالة في المجرة المليئة بالمادة المظلمة. وهكذا واجه علم الفلك جزءًا غير مستكشف تمامًا من الكون.
خصائص وتكوين
مظلم يسمى هذا النوع من المادة لأنه لا يمكن رؤيته بأي وسيلة موجودة. يتم التعرف على وجودها من خلال علامة غير مباشرة: المادة المظلمة تخلق مجال جاذبية ، بينما لا تنبعث منها بالكامل موجات كهرومغناطيسية.
كانت أهم مهمة نشأت قبل العلماء هي الحصول على إجابة لسؤال ماهية هذه المسألة. حاول علماء الفيزياء الفلكية "ملؤه" بمادة الباريونات المعتادة (تتكون مادة الباريونات من بروتونات ونيوترونات وإلكترونات مدروسة أو أقل). تضمنت الهالة المظلمة للمجرات نجومًا مضغوطة ضعيفة الإشعاع من هذا النوعالأقزام البنية والكواكب الضخمة القريبة من كوكب المشتري في الكتلة. ومع ذلك ، فإن هذه الافتراضات لم تصمد أمام التدقيق. مادة الباريون ، المألوفة والمعروفة ، لا يمكن أن تلعب دورًا مهمًا في الكتلة الخفية للمجرات.
اليوم ، الفيزياء تبحث عن مكونات غير معروفة. يعتمد البحث العملي للعلماء على نظرية التناظر الفائق للعالم المصغر ، والتي وفقًا لكل جسيم معروف يوجد زوج متماثل فائق. هؤلاء هم الذين يشكلون المادة المظلمة. ومع ذلك ، لم يتم الحصول على أي دليل على وجود مثل هذه الجسيمات حتى الآن ، وربما هذا أمر يتعلق بالمستقبل القريب.
الطاقة المظلمة
اكتشاف نوع جديد من المادة لم ينهِ المفاجآت التي أعدها الكون للعلماء. في عام 1998 ، أتيحت لعلماء الفيزياء الفلكية فرصة أخرى لمقارنة بيانات النظريات بالحقائق. تميز هذا العام بانفجار مستعر أعظم في مجرة بعيدة عنا.
قام علماء الفلك بقياس المسافة إلى هذا النجم وفوجئوا للغاية بالبيانات التي تم الحصول عليها: اشتعل النجم أكثر بكثير مما كان ينبغي أن يكون وفقًا للنظرية الحالية. اتضح أن معدل تمدد الكون يزداد بمرور الوقت: الآن هو أعلى بكثير مما كان عليه قبل 14 مليار سنة ، عندما حدث الانفجار العظيم.
كما تعلم ، من أجل تسريع حركة الجسم ، يحتاج إلى نقل الطاقة. القوة التي تتسبب في تمدد الكون بشكل أسرع أصبحت تعرف باسم الطاقة المظلمة. هذا ليس أقل غموضا في الكون من المادة المظلمة. من المعروف فقط أنها مميزةتوزيع موحد في جميع أنحاء الكون ، ويمكن تسجيل تأثيره فقط على مسافات كونية ضخمة.
ومرة أخرى الثابت الكوني
هزت الطاقة المظلمة نظرية الانفجار العظيم. يشكك جزء من العالم العلمي في إمكانية وجود مثل هذه المادة وتسريع التوسع الذي تسببه. يحاول بعض علماء الفيزياء الفلكية إحياء ثابت آينشتاين الكوني المنسي ، والذي يمكن أن يدخل مرة أخرى من فئة الخطأ العلمي الكبير في عدد فرضيات العمل. وجودها في المعادلات يخلق الجاذبية المضادة ، مما يؤدي إلى تسارع التمدد. ومع ذلك ، فإن بعض نتائج وجود الثابت الكوني لا تتفق مع بيانات الرصد.
اليوم ، المادة المظلمة والطاقة المظلمة ، التي تشكل معظم المادة في الكون ، هي ألغاز للعلماء. لا توجد إجابة واحدة على السؤال حول طبيعتها. علاوة على ذلك ، ربما لا يكون هذا هو السر الأخير الذي يخفيه الفضاء عنا. قد تصبح المادة المظلمة والطاقة عتبة الاكتشافات الجديدة التي يمكن أن تحول فهمنا لبنية الكون.
