Ez lehet a végső igazság a sötét anyaggal kapcsolatban: ez alkotja a világegyetem 95%-át, mégis alig tudunk róla valamit!

2018. szeptember 10., hétfő




Lehet, hogy Einsteinnek mégis igaza volt... pont kerülhet a valóság és a világunk legnagyobb rejtélyének végére?

A sötét anyag létezésére az első utalás 1933-ban történt, amikor Fritz Zwicky svájci csillagász kiszámította, hogy a Földhöz legközelebbi galaxishalmaz, a Szűz csillagképben lévő szabálytalan Virgo-halmazban nincs elég látható anyag kozmikus por és gáz, illetve csillagok formájában ahhoz, hogy a gravitáció egyben tartsa a csillagvárosokat.

A svájci asztrofizikus vetette fel először annak elméleti lehetőségét, hogy kell léteznie valami láthatatlan anyagnak is,

amibe a Virgo-halmaz galaxisai és látható anyaga bele van ágyazva, különben a halmazt alkotó anyag szétszóródna a kozmikus térben.

Az asztronómusoknak minden erőfeszítés ellenére sem sikerült eddig még közvetlenül megfigyelniük a sötét anyagot, mivel az nem lép kölcsönhatásba a „rendes”, úgynevezett barionikus anyaggal, és teljesen láthatatlan a fény, illetve más elektromágneses sugárzásokhoz képest.

Ezért a sötét anyag észlelése lehetetlen a hagyományos csillagászati megfigyelő eszközökkel.

A tudósok azonban ennek ellenére is biztosak a sötét anyag létezésében, amelynek létére igen erős közvetett bizonyítékok utalnak. Úgy tűnik, hogy a sötét anyag jól kimutatható gravitációs hatást gyakorol a galaxisokra, illetve a galaxishalmazokra.

A fizika standard szabályai szerint például a spirális galaxisok karjai szélénél elhelyezkedő csillagoknak sokkal lassabban kellene haladniuk a térben, mint azoknak, amelyek közelebb vannak a galaxis nagy anyagsűrűségű középpontjához. Ám a megfigyelések azt mutatják, hogy a csillagok többé-kevésbé ugyanolyan sebességgel keringenek, tekintet nélkül arra, hogy hol helyezkednek el a galaktikus korongban.

Ezért az asztrofizikusok azt feltételezik, hogy a külső, úgynevezett határcsillagokra egy láthatatlan tömeg, a sötét anyag gravitációs ereje gyakorol hatást. A sötét anyag létezésére a másik fontos közvetett bizonyíték, hogy a galaxishalmazoknak jóval nagyobb a tömegük, mint amit a látható csillagok és intersztelláris (csillagközi) gáz, illetve por tömege indokolna.

A korai 1970-es években Vera Rubin amerikai csillagász mutatta ki a hiányzó tömeg jelentőségét, a spirális galaxisok külső régióinak forgási sebességéből. Az 1970-es évektől a sötét anyag létezésére vonatkozó bizonyítékok még tovább erősödtek. A sötét anyag megmagyarázhat olyan optikai illúziókat is, amelyeket a csillagászok az univerzum távoli vidékein tapasztalnak.

Ilyen jelenségek többek között a nagy távolságban lévő galaxisok körül észlelhető furcsa fénygyűrűk és fényívek, amelyek léte megmagyarázható, ha e távoli galaxisok fényét a sötét anyag láthatatlan felhői eltorzítják, illetve megnagyítják, ez egy olyan jelenség, amelyet a csillagászok gravitációs lencsehatásnak neveznek.

Arra, hogy miből is állhat a sötét anyag, a kutatók még nem tudják a választ. Jelenleg sokkal könnyebben meg tudják mondani, mi nem a sötét anyag. A sötét anyag – elnevezésével ellentétben – valójában nem sötét, hanem láthatatlan.

A sötét jelzőt azért kapta, mert nem tudják, hogy mi lehet az. A fény áthalad rajta, anélkül, hogy elnyelődne vagy szóródna, függetlenül a fény típusától.

Ez azt jelenti, hogy nem állhat sem atomokból, sem pedig az atomot felépítő részecskékből.

Az egyik vezető hipotézis szerint a sötét anyag úgynevezett egzotikus részecskékből áll, amik nem lépnek kölcsönhatásba sem a normál anyaggal, sem pedig a fénnyel, mégis van gravitációs hatásuk.

Számos tudóscsoport dolgozik azon, hogy sötétanyag-részecskéket generáljon.

Az egyik csoport a CERN Nagy Hadronütköztetőjével (CERN's Large Hadron Collider) végez ilyen típusú kísérleteket. A sötét anyag nem felel meg a Standard Modell egyik kölcsönhatásának sem.

A Standard Modell az univerzum működését mutatja be, és leírja a rendes anyag legfontosabb vonatkozásait úgy, ahogyan mi ismerjük, négy alapvető erővel, az elektromágneses, a gyenge, az erős és a gravitációs kölcsönhatással.

A természet négy alapvető ereje az erős kölcsönhatás (ez tartja össze az atommagban a protonokat és a neutronokat, valamint az ezeket alkotó részecskéket, nagyon erős, de csak kis távon, az atommagon belül hat), a gyenge kölcsönhatás (a radioaktivitás), az elektromágneses erő (nagy hatótávolságú, de csak az elektromos töltésű részecskékre gyakorol hatást) és a gravitációs erő.

Csak a gravitációval lép kölcsönhatásba

A gravitációs erő túlmegy a Standard Modellen,

ez a kölcsönhatás az általános relativitáselmélethez tartozik.

A Standard Modell foglalja magában azokat a kérészéletű, például a kvarkokból álló részecskéket, amelyek nagyon gyorsan elbomlanak, vagy pedig az olyan „hétköznapi” részecskéket is, amelyeket nehéz nyomon követni, ilyenek például a neutrínók.

Noha a sötét anyag nem lép kölcsönhatásba az elektromágneses, valamint az erős kölcsönhatással, ám a gravitációval igen, ha megértjük ennek működését, néhány nyomra bukkanhatunk arra vonatkozólag, hogy miből is áll a sötét anyag.

Annak ellenére, hogy a neutrínók extrém mennyiségben léteznek, és nincsenek rájuk hatással az elektromos erők,

túl könnyűek és ezért túl forróak ahhoz, hogy a sötét anyag bázisául szolgáljanak.

A legígéretesebb sötétanyag-jelölt, ami átfogja az összes szóba jöhető lehetőséget, egy gyengén ható súlyos-masszív részecske, a Wimp.

A Wimp azonban igen tág kategória.

A modellek ugyanis nem jeleznek előre a Wimp-jelöltek számára bármiféle specifikus tömeget, ezért a lehetséges értékek skáláinak szinte végtelen sorával kell szembenéznie a kísérleti fizikusoknak.

Ez egyébként nem csak a Wimp sajátságos problémája, mert a Higgs-bozonnak sincs előre jelzett specifikus tömege, mégis sikerült bebizonyítani a létezését. A sok probléma ellenére a választékos kísérletek és megfigyelések segítettek lefaragni ezt a meglehetősen széles skálát.

Valószínű, hogy a sötét anyag egyetlen kölcsönhatással sem lép reakcióba a normál anyaggal, csak a gravitáción keresztül.

A sötét energia még rejtélyesebb, erre még elfogadható, valószínű feltételezések sincsenek, mint a sötét anyag esetében. Felfedezése az 1990-es években teljesen sokkolta a tudósokat. Korábban az elméleti fizikusok azt feltételezték, hogy a gravitáció hatására az univerzum tágulása lelassult az idők során, de amikor két független csapat próbálta megmérni a sebességcsökkenés mértékét, azt találták, hogy éppen ellenkezőleg, a tágulás sebessége nem csökken, hanem gyorsul.

A tudósok most úgy gondolják, hogy az egyre gyorsuló tágulást egyfajta taszítóerő vezeti, amit a kvantumfluktuáció, vagyis a virtuális részecskék folyamatos megjelenése és megsemmisülése generál a vákuumban.

Sok tudós rámutat, hogy a sötét energia ismert tulajdonságai megfelelnek a kozmológiai állandónak.

A kozmológiai állandó Albert Einstein szerint egy olyan taszító erő, ami ellensúlyozza a gravitációt, megakadályozva ezzel, hogy az univerzum összeomoljon, magába roskadjon. Bár Einstein számításai azt mutatták, hogy a világegyetem dinamikus, ő mégis úgy gondolta, hogy statikus, ezért is vezette be az egyenleteibe a kozmológiai állandót, hogy statikussá tegye az univerzumot.

Amikor a csillagászati megfigyelések kimutatták azonban a világegyetem tágulását, Einstein kivette egyenleteiből a kozmológiai állandót, amit élete legnagyobb tévedésének nevezett.

De könnyen lehetséges, hogy Albert Einstein mégsem tévedett.

Most, amikor már egyértelműen látjuk, hogy az univerzum gyorsulva tágul, a sötét energia, mint kozmológiai állandó magyarázatot adhat arra, hogy a téridő is megnyúlik.

OSZD MEG másokkal is!

tudomány fizika univerzum kvantumfizika valóság


Megtekintések száma: 32766





Szólj hozzá Te is a cikkhez

Ez is érdekelhet