Câu hỏi về nguồn gốc của Vũ trụ, quá khứ và tương lai của nó đã khiến con người lo lắng từ thời xa xưa. Trong nhiều thế kỷ, các lý thuyết đã nảy sinh và bị bác bỏ, đưa ra bức tranh về thế giới dựa trên các dữ liệu đã biết. Một cú sốc cơ bản đối với giới khoa học là thuyết tương đối của Einstein. Cô cũng có đóng góp to lớn trong việc tìm hiểu các quá trình hình thành nên Vũ trụ. Tuy nhiên, thuyết tương đối không thể khẳng định là chân lý cuối cùng, điều này không cần thêm bất kỳ sự bổ sung nào. Việc cải tiến công nghệ cho phép các nhà thiên văn thực hiện những khám phá không thể tưởng tượng được trước đây đòi hỏi một cơ sở lý thuyết mới hoặc một sự mở rộng đáng kể các dự phòng hiện có. Một trong những hiện tượng như vậy là vật chất tối. Nhưng điều đầu tiên trước tiên.
Trường hợp của những ngày đã qua
Để hiểu thuật ngữ "vật chất tối", hãy quay trở lại đầu thế kỷ trước. Vào thời điểm đó, ý tưởng về Vũ trụ như một cấu trúc tĩnh chiếm ưu thế. Trong khi đó, thuyết tương đối rộng (GR) cho rằng không sớm thì muộn lực hút sẽ dẫn đến việc tất cả các vật thể trong không gian "dính chặt" vào một quả cầu duy nhất, thì sự việc sẽ xảy ra như thế này.gọi là sự sụp đổ hấp dẫn. Không có lực đẩy giữa các vật thể trong không gian. Lực hút lẫn nhau được bù đắp bởi lực ly tâm tạo ra chuyển động liên tục của các ngôi sao, hành tinh và các thiên thể khác. Bằng cách này, sự cân bằng của hệ thống được duy trì.
Để ngăn chặn sự sụp đổ lý thuyết của Vũ trụ, Einstein đã đưa ra một hằng số vũ trụ - một giá trị đưa hệ thống về trạng thái tĩnh cần thiết, nhưng đồng thời thực tế được phát minh ra, không có cơ sở rõ ràng.
Vũ trụ mở rộng
Các tính toán và khám phá của Friedman và Hubble đã chỉ ra rằng không cần phải vi phạm các phương trình hài hòa của thuyết tương đối rộng với sự trợ giúp của một hằng số mới. Nó đã được chứng minh, và ngày nay sự thật này thực tế không còn nghi ngờ gì nữa, rằng Vũ trụ đang mở rộng, nó đã từng có một thời kỳ bắt đầu, và không thể có chuyện đứng yên. Sự phát triển hơn nữa của vũ trụ học dẫn đến sự xuất hiện của lý thuyết vụ nổ lớn. Xác nhận chính của các giả định mới là sự gia tăng quan sát được khoảng cách giữa các thiên hà theo thời gian. Chính phép đo tốc độ tách khỏi nhau của các hệ không gian lân cận đã dẫn đến việc hình thành giả thuyết rằng có vật chất tối và năng lượng tối.
Dữ liệu không phù hợp với lý thuyết
Fritz Zwicky vào năm 1931, và sau đó là Jan Oort vào năm 1932 và những năm 1960, đang đếm khối lượng vật chất của các thiên hà trong một cụm xa và tỷ lệ của nó với tốc độ di chuyển chúng khỏi nhau. Theo thời gian, các nhà khoa học đi đến cùng một kết luận: lượng vật chất này không đủ để lực hấp dẫn do nó tạo ra có thể giữ đượccùng các thiên hà chuyển động với tốc độ cao như vậy. Zwicky và Oort cho rằng có một khối ẩn, vật chất tối của Vũ trụ, không cho phép các vật thể không gian phân tán theo các hướng khác nhau.
Tuy nhiên, giả thuyết này chỉ được giới khoa học công nhận vào những năm 70, sau khi công bố kết quả nghiên cứu của Vera Rubin.
Cô ấy đã xây dựng các đường cong quay để chứng minh rõ ràng sự phụ thuộc của tốc độ chuyển động của vật chất trong thiên hà vào khoảng cách tách nó khỏi tâm của hệ thống. Trái ngược với các giả định lý thuyết, hóa ra tốc độ của các ngôi sao không giảm khi chúng di chuyển ra khỏi trung tâm thiên hà, mà tăng lên. Hành vi như vậy của các ánh sáng chỉ có thể được giải thích bởi sự hiện diện của một vầng hào quang trong thiên hà chứa đầy vật chất tối. Vì vậy, thiên văn học phải đối mặt với một phần hoàn toàn chưa được khám phá của vũ trụ.
Thuộc tính và thành phần
Tối loại vật chất này được gọi là bởi vì nó không thể được nhìn thấy bằng bất kỳ phương tiện hiện có nào. Sự hiện diện của nó được nhận biết bằng một dấu hiệu gián tiếp: vật chất tối tạo ra trường hấp dẫn, trong khi hoàn toàn không phát ra sóng điện từ.
Nhiệm vụ quan trọng nhất đặt ra trước các nhà khoa học là tìm ra câu trả lời cho câu hỏi vật chất này bao gồm những gì. Các nhà vật lý thiên văn đã cố gắng "lấp đầy" nó bằng vật chất baryon thông thường (vật chất baryon bao gồm ít nhiều proton, neutron và electron đã được nghiên cứu). Quầng tối của các thiên hà bao gồm các ngôi sao nhỏ, bức xạ yếu thuộc loạisao lùn nâu và hành tinh khổng lồ gần sao Mộc về khối lượng. Tuy nhiên, những giả định này đã không đứng vững để xem xét kỹ lưỡng. Vật chất baryon, quen thuộc và được biết đến, do đó không thể đóng một vai trò quan trọng trong khối lượng ẩn của các thiên hà.
Ngày nay, vật lý đang tìm kiếm các thành phần chưa biết. Các nghiên cứu thực tế của các nhà khoa học dựa trên lý thuyết siêu đối xứng của mô hình thu nhỏ, theo đó, đối với mỗi hạt đã biết sẽ có một cặp siêu đối xứng. Đây là những thứ tạo nên vật chất tối. Tuy nhiên, vẫn chưa có bằng chứng nào về sự tồn tại của những hạt như vậy, có lẽ đây là vấn đề của tương lai gần.
Năng lượng tối
Việc phát hiện ra một loại vật chất mới không chấm dứt những bất ngờ do Vũ trụ chuẩn bị cho các nhà khoa học. Năm 1998, các nhà vật lý thiên văn có một cơ hội khác để so sánh dữ liệu của lý thuyết với thực tế. Năm nay được đánh dấu bằng vụ nổ của một siêu tân tinh trong một thiên hà xa chúng ta.
Các nhà thiên văn đã đo khoảng cách đến nó và vô cùng ngạc nhiên trước dữ liệu thu được: ngôi sao bùng lên xa hơn nhiều so với lý thuyết hiện có. Hóa ra tốc độ giãn nở của vũ trụ tăng lên theo thời gian: bây giờ nó cao hơn nhiều so với 14 tỷ năm trước, khi vụ nổ lớn được cho là đã xảy ra.
Như bạn đã biết, để tăng tốc chuyển động của cơ thể, nó cần phải truyền năng lượng. Lực khiến vũ trụ giãn nở nhanh hơn được gọi là năng lượng tối. Đây là phần bí ẩn không kém phần bí ẩn của vũ trụ so với vật chất tối. Người ta chỉ biết rằng nó là đặc điểmsự phân bố đồng đều trong toàn vũ trụ và tác động của nó chỉ có thể được ghi nhận ở những khoảng cách vũ trụ rất lớn.
Và một lần nữa là hằng số vũ trụ
Năng lượng tối đã làm lung lay lý thuyết vụ nổ lớn. Một phần trong giới khoa học hoài nghi về khả năng tồn tại của một chất như vậy và gia tốc giãn nở do nó gây ra. Một số nhà vật lý thiên văn đang cố gắng hồi sinh hằng số vũ trụ của Einstein đã bị lãng quên, hằng số này một lần nữa từ phạm trù một sai lầm khoa học lớn có thể chuyển thành số lượng các giả thuyết hoạt động. Sự hiện diện của nó trong các phương trình tạo ra phản trọng lực, dẫn đến gia tốc giãn nở. Tuy nhiên, một số hậu quả của sự hiện diện của hằng số vũ trụ không phù hợp với dữ liệu quan sát.
Ngày nay, vật chất tối và năng lượng tối, tạo nên phần lớn vật chất trong vũ trụ, là những bí ẩn đối với các nhà khoa học. Không có câu trả lời duy nhất cho câu hỏi về bản chất của chúng. Hơn nữa, có lẽ đây không phải là bí mật cuối cùng mà không gian giữ chúng ta. Vật chất tối và năng lượng có thể trở thành ngưỡng của những khám phá mới có thể giúp chúng ta hiểu được cấu trúc của Vũ trụ.
