Die Frage nach dem Ursprung des Universums, seiner Vergangenheit und Zukunft beschäftigt die Menschen seit jeher. Seit vielen Jahrhunderten sind Theorien entstanden und widerlegt worden, die ein auf bekannten Daten basierendes Bild der Welt bieten. Ein grundlegender Schock für die wissenschaftliche Welt war Einsteins Relativitätstheorie. Sie leistete auch einen großen Beitrag zum Verständnis der Prozesse, die das Universum bilden. Die Relativitätstheorie könnte jedoch nicht den Anspruch erheben, die letzte Wahrheit zu sein, die keiner Ergänzungen bedarf. Die Verbesserung der Technologien ermöglichte es Astronomen, zuvor undenkbare Entdeckungen zu machen, die eine neue theoretische Grundlage oder eine erhebliche Erweiterung bestehender Bestimmungen erforderten. Ein solches Phänomen ist die Dunkle Materie. Aber das Wichtigste zuerst.
Fälle aus vergangenen Tagen
Um den Begriff "dunkle Materie" zu verstehen, gehen wir zurück an den Anfang des letzten Jahrhunderts. Damals dominierte die Vorstellung vom Universum als stationäres Gebilde. Inzwischen ging die Allgemeine Relativitätstheorie (GR) davon aus, dass die Anziehungskraft früher oder später dazu führen würde, dass alle Weltraumobjekte zu einer einzigen Kugel "zusammenkleben", es würde so passierenGravitationskollaps genannt. Es gibt keine abstoßenden Kräfte zwischen Weltraumobjekten. Die gegenseitige Anziehung wird durch Zentrifugalkräfte kompensiert, die eine ständige Bewegung von Sternen, Planeten und anderen Körpern erzeugen. Auf diese Weise wird das Gleichgewicht des Systems aufrechterh alten.
Um den theoretischen Zusammenbruch des Universums zu verhindern, führte Einstein eine kosmologische Konstante ein - ein Wert, der das System in den notwendigen stationären Zustand bringt, aber gleichzeitig tatsächlich erfunden ist, ohne offensichtliche Gründe.
Expanding Universe
Die Berechnungen und Entdeckungen von Friedman und Hubble haben gezeigt, dass es nicht nötig ist, die harmonischen Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie mit Hilfe einer neuen Konstante zu verletzen. Es ist bewiesen, und heute steht diese Tatsache praktisch außer Zweifel, dass sich das Universum ausdehnt, es hatte einmal einen Anfang, und von Stationarität kann keine Rede sein. Die Weiterentwicklung der Kosmologie führte zur Entstehung der Urknalltheorie. Die Hauptbestätigung der neuen Annahmen ist die beobachtete Zunahme der Entfernung zwischen Galaxien mit der Zeit. Es war die Messung der Entfernungsgeschwindigkeit benachbarter Weltraumsysteme, die zur Bildung der Hypothese führte, dass es Dunkle Materie und Dunkle Energie gibt.
Daten widersprechen der Theorie
Fritz Zwicky im Jahr 1931 und dann Jan Oort im Jahr 1932 und in den 1960er Jahren zählten die Masse der Materie von Galaxien in einem entfernten Haufen und ihr Verhältnis zur Geschwindigkeit ihrer Entfernung voneinander. Von Zeit zu Zeit kamen Wissenschaftler zu denselben Schlussfolgerungen: Diese Menge an Materie reicht nicht aus, um die von ihr erzeugte Schwerkraft h alten zu könnenzusammen Galaxien, die sich mit so hohen Geschwindigkeiten bewegen. Zwicky und Oort schlugen vor, dass es eine verborgene Masse gibt, die dunkle Materie des Universums, die es Weltraumobjekten nicht erlaubt, sich in verschiedene Richtungen zu zerstreuen.
Die Hypothese wurde jedoch von der wissenschaftlichen Welt erst in den siebziger Jahren nach der Bekanntgabe der Ergebnisse der Arbeit von Vera Rubin anerkannt.
Sie baute Rotationskurven, die die Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit der Materie der Galaxie von der Entfernung, die sie vom Zentrum des Systems trennt, deutlich demonstrieren. Entgegen theoretischer Annahmen stellte sich heraus, dass die Geschwindigkeit von Sternen nicht abnimmt, wenn sie sich vom galaktischen Zentrum entfernen, sondern zunimmt. Ein solches Verh alten der Leuchten könnte nur durch das Vorhandensein eines Halo in der Galaxie erklärt werden, der mit dunkler Materie gefüllt ist. Die Astronomie steht also vor einem völlig unerforschten Teil des Universums.
Eigenschaften und Zusammensetzung
Dunkel wird diese Art von Materie genannt, weil sie mit keinem existierenden Mittel gesehen werden kann. Seine Anwesenheit wird durch ein indirektes Zeichen erkannt: Dunkle Materie erzeugt ein Gravitationsfeld, sendet aber keine vollständig elektromagnetischen Wellen aus.
Die wichtigste Aufgabe, die sich den Wissenschaftlern stellte, war, eine Antwort auf die Frage zu bekommen, woraus diese Materie besteht. Astrophysiker versuchten, es mit der üblichen Baryonenmaterie zu "füllen" (Baryonenmaterie besteht aus mehr oder weniger untersuchten Protonen, Neutronen und Elektronen). Der dunkle Halo von Galaxien umfasste kompakte, schwach strahlende Sterne dieses TypsBraune Zwerge und riesige Planeten in der Nähe von Jupiter. Diese Annahmen haben jedoch einer Überprüfung nicht standgeh alten. Baryonenmaterie, vertraut und bekannt, kann daher in der verborgenen Masse von Galaxien keine bedeutende Rolle spielen.
Heute sucht die Physik nach unbekannten Komponenten. Die praktische Forschung der Wissenschaftler basiert auf der Theorie der Supersymmetrie des Mikrokosmos, wonach es für jedes bekannte Teilchen ein supersymmetrisches Paar gibt. Das sind diejenigen, aus denen dunkle Materie besteht. Es wurden jedoch noch keine Beweise für die Existenz solcher Partikel erh alten, vielleicht ist dies eine Angelegenheit der nahen Zukunft.
Dunkle Energie
Die Entdeckung einer neuen Art von Materie beendete nicht die Überraschungen, die das Universum den Wissenschaftlern bereitete. 1998 hatten Astrophysiker erneut die Gelegenheit, die Daten der Theorien mit den Fakten abzugleichen. Dieses Jahr war geprägt von der Explosion einer Supernova in einer weit von uns entfernten Galaxie.
Astronomen maßen die Entfernung zu ihm und waren von den erh altenen Daten äußerst überrascht: Der Stern flammte viel weiter auf, als es nach der bestehenden Theorie hätte sein sollen. Es stellte sich heraus, dass die Expansionsrate des Universums mit der Zeit zunimmt: Heute ist sie viel höher als vor 14 Milliarden Jahren, als angeblich der Urknall stattfand.
Wie Sie wissen, muss der Körper Energie übertragen, um die Bewegung zu beschleunigen. Die Kraft, die bewirkt, dass sich das Universum schneller ausdehnt, ist als dunkle Energie bekannt geworden. Dies ist ein nicht weniger mysteriöser Teil des Kosmos als dunkle Materie. Es ist nur bekannt, dass es charakteristisch istgleichmäßige Verteilung im ganzen Universum, und ihre Auswirkungen können nur in großen kosmischen Entfernungen registriert werden.
Und wieder die kosmologische Konstante
Dunkle Energie hat die Urknalltheorie erschüttert. Ein Teil der wissenschaftlichen Welt steht der Möglichkeit einer solchen Substanz und der dadurch verursachten Expansionsbeschleunigung skeptisch gegenüber. Einige Astrophysiker versuchen, die vergessene kosmologische Konstante Einsteins wiederzubeleben, die wiederum aus der Kategorie eines großen wissenschaftlichen Irrtums in die Zahl der Arbeitshypothesen eingehen kann. Seine Anwesenheit in den Gleichungen erzeugt Anti-Schwerkraft, was zu einer Beschleunigung der Expansion führt. Einige der Folgen des Vorhandenseins der kosmologischen Konstante stimmen jedoch nicht mit den Beobachtungsdaten überein.
Heute sind dunkle Materie und dunkle Energie, die den größten Teil der Materie im Universum ausmachen, Rätsel für Wissenschaftler. Auf die Frage nach ihrer Natur gibt es keine einheitliche Antwort. Außerdem ist dies vielleicht nicht das letzte Geheimnis, das uns der Weltraum verschweigt. Dunkle Materie und Energie könnten zur Schwelle für neue Entdeckungen werden, die unser Verständnis der Struktur des Universums verändern können.
