คำถามเกี่ยวกับต้นกำเนิดของจักรวาล อดีตและอนาคตของจักรวาลสร้างความกังวลให้กับผู้คนมาแต่ไหนแต่ไรแล้ว เป็นเวลาหลายศตวรรษ ที่ทฤษฎีต่างๆ เกิดขึ้นและถูกหักล้าง โดยนำเสนอภาพของโลกโดยอาศัยข้อมูลที่ทราบกันดีอยู่แล้ว ปัจจัยพื้นฐานที่ทำให้โลกวิทยาศาสตร์สั่นสะเทือนคือทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ เธอยังมีส่วนสนับสนุนอย่างมากในการทำความเข้าใจกระบวนการที่ก่อตัวในจักรวาล อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีสัมพัทธภาพไม่สามารถอ้างว่าเป็นความจริงขั้นสุดท้ายได้ ซึ่งไม่ต้องการการเพิ่มเติมใดๆ การปรับปรุงเทคโนโลยีทำให้นักดาราศาสตร์สามารถค้นพบสิ่งที่คิดไม่ถึงก่อนหน้านี้ซึ่งจำเป็นต้องมีพื้นฐานทางทฤษฎีใหม่หรือการขยายข้อกำหนดที่มีอยู่อย่างมีนัยสำคัญ หนึ่งในปรากฏการณ์ดังกล่าวคือสสารมืด แต่อย่างแรกเลย
อดีตกาล
เพื่อให้เข้าใจถึงคำว่า "สสารมืด" ให้ย้อนกลับไปในช่วงต้นศตวรรษก่อน ในเวลานั้นแนวคิดของจักรวาลในฐานะโครงสร้างที่อยู่กับที่ ในขณะเดียวกัน ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (GR) สันนิษฐานว่าไม่ช้าก็เร็วแรงดึงดูดจะนำไปสู่การ "เกาะ" ของวัตถุอวกาศทั้งหมดให้เป็นลูกบอลลูกเดียวก็จะเกิดขึ้นเช่นนี้เรียกว่าแรงโน้มถ่วงถล่ม ไม่มีแรงผลักระหว่างวัตถุอวกาศ แรงดึงดูดซึ่งกันและกันชดเชยด้วยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่สร้างการเคลื่อนตัวของดาว ดาวเคราะห์ และวัตถุอื่นๆ อย่างต่อเนื่อง ด้วยวิธีนี้จะรักษาสมดุลของระบบ
เพื่อป้องกันการล่มสลายของทฤษฎีจักรวาล Einstein ได้แนะนำค่าคงที่จักรวาล - ค่าที่นำระบบไปสู่สถานะคงที่ที่จำเป็น แต่ในขณะเดียวกันก็ถูกประดิษฐ์ขึ้นจริง ๆ โดยไม่มีเหตุผลที่ชัดเจน
จักรวาลขยาย
การคำนวณและการค้นพบของฟรีดแมนและฮับเบิลแสดงให้เห็นว่าไม่จำเป็นต้องละเมิดสมการที่กลมกลืนกันของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปโดยใช้ค่าคงที่ใหม่ มันได้รับการพิสูจน์แล้ว และวันนี้ความจริงข้อนี้แทบไม่ต้องสงสัยเลย ว่าจักรวาลกำลังขยายตัว มันเคยมีจุดเริ่มต้น และไม่มีการพูดถึงความไม่นิ่ง การพัฒนาจักรวาลวิทยาเพิ่มเติมนำไปสู่การเกิดขึ้นของทฤษฎีบิ๊กแบง การยืนยันหลักของสมมติฐานใหม่คือการเพิ่มขึ้นในระยะห่างระหว่างกาแลคซีกับเวลา เป็นการวัดความเร็วของการกำจัดออกจากกันของระบบอวกาศที่อยู่ใกล้เคียงซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของสมมติฐานว่ามีสสารมืดและพลังงานมืด
ข้อมูลไม่สอดคล้องกับทฤษฎี
Fritz Zwicky ในปี 1931 และจากนั้น Jan Oort ในปี 1932 และในปี 1960 กำลังนับมวลของสสารของดาราจักรในกระจุกที่ห่างไกลและอัตราส่วนของมันกับความเร็วของการกำจัดออกจากกัน ในบางครั้ง นักวิทยาศาสตร์ก็ได้ข้อสรุปแบบเดียวกันว่า ปริมาณสสารนี้ไม่เพียงพอสำหรับแรงโน้มถ่วงที่มันสร้างขึ้นดาราจักรที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงเช่นนี้ Zwicky และ Oort แนะนำว่ามีมวลที่ซ่อนอยู่คือสสารมืดของจักรวาลซึ่งไม่อนุญาตให้วัตถุในอวกาศกระจัดกระจายไปในทิศทางที่ต่างกัน
อย่างไรก็ตาม สมมติฐานนี้ได้รับการยอมรับจากโลกวิทยาศาสตร์ในช่วงอายุเจ็ดสิบเท่านั้น หลังจากการประกาศผลผลงานของ Vera Rubin
เธอสร้างเส้นโค้งการหมุนที่แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงการพึ่งพาความเร็วของการเคลื่อนที่ของสสารของดาราจักรในระยะทางที่แยกมันออกจากศูนย์กลางของระบบ ตรงกันข้ามกับสมมติฐานทางทฤษฎี ปรากฏว่าความเร็วของดาวฤกษ์ไม่ลดลงเมื่อเคลื่อนออกจากศูนย์กลางดาราจักร แต่เพิ่มขึ้น พฤติกรรมดังกล่าวของผู้ทรงคุณวุฒิสามารถอธิบายได้ก็ต่อเมื่อมีรัศมีในดาราจักรซึ่งเต็มไปด้วยสสารมืด ดาราศาสตร์จึงต้องเผชิญกับส่วนหนึ่งของจักรวาลที่ยังมิได้สำรวจอย่างสมบูรณ์
คุณสมบัติและองค์ประกอบ
ความมืดแบบนี้เรียกว่าเพราะมองไม่เห็นด้วยวิธีการที่มีอยู่แล้ว การปรากฏตัวของมันถูกรับรู้โดยสัญญาณทางอ้อม: สสารมืดสร้างสนามโน้มถ่วงในขณะที่ไม่ปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์
งานที่สำคัญที่สุดที่เกิดขึ้นก่อนนักวิทยาศาสตร์คือการได้คำตอบสำหรับคำถามที่ว่าเรื่องนี้ประกอบด้วยอะไร นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์พยายาม "เติม" ด้วยสสารแบริออนตามปกติ (สสารแบริออนประกอบด้วยโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอนที่ศึกษามากหรือน้อย) รัศมีมืดของดาราจักรรวมถึงดาวฤกษ์ประเภทที่ฉายแสงน้อยและกะทัดรัดดาวแคระน้ำตาลและดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ที่อยู่ใกล้กับดาวพฤหัสบดีในมวล อย่างไรก็ตาม ข้อสันนิษฐานเหล่านี้ไม่ได้ยืนหยัดเพื่อการพิจารณาอย่างถี่ถ้วน เรื่องของแบริออน คุ้นเคยและเป็นที่รู้จัก จึงไม่สามารถมีบทบาทสำคัญในมวลที่ซ่อนเร้นของกาแลคซี่ได้
วันนี้ ฟิสิกส์กำลังมองหาองค์ประกอบที่ไม่รู้จัก การวิจัยเชิงปฏิบัติของนักวิทยาศาสตร์มีพื้นฐานอยู่บนทฤษฎีสมมาตรยิ่งยวดของพิภพเล็ก ซึ่งสำหรับแต่ละอนุภาคที่รู้จักจะมีคู่สมมาตรยิ่งยวด เหล่านี้คือสิ่งที่ประกอบขึ้นเป็นสสารมืด อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีหลักฐานการมีอยู่ของอนุภาคดังกล่าว บางทีนี่อาจเป็นเรื่องในอนาคตอันใกล้
พลังงานมืด
การค้นพบสสารชนิดใหม่ไม่ได้ทำให้เซอร์ไพรส์ที่จักรวาลจัดเตรียมไว้สำหรับนักวิทยาศาสตร์สิ้นสุดลง ในปี 2541 นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์มีโอกาสเปรียบเทียบข้อมูลของทฤษฎีกับข้อเท็จจริงอีกครั้ง ปีนี้ถูกทำเครื่องหมายด้วยการระเบิดของซุปเปอร์โนวาในกาแลคซีที่ห่างไกลจากเรา
นักดาราศาสตร์วัดระยะห่างจากมันและรู้สึกประหลาดใจอย่างยิ่งกับข้อมูลที่ได้รับ: ดาวดวงนั้นสว่างไสวเกินกว่าที่ควรจะเป็นตามทฤษฎีที่มีอยู่ ปรากฎว่าอัตราการขยายตัวของจักรวาลเพิ่มขึ้นตามเวลา: ตอนนี้มันสูงกว่าเมื่อ 14 พันล้านปีก่อนอย่างมากเมื่อเกิดบิ๊กแบง
อย่างที่รู้ๆ กัน ในการเร่งการเคลื่อนไหวของร่างกาย มันต้องถ่ายเทพลังงาน แรงที่ทำให้จักรวาลขยายตัวเร็วขึ้นกลายเป็นที่รู้จักในนามพลังงานมืด นี่เป็นส่วนที่ลึกลับไม่น้อยของจักรวาลมากไปกว่าสสารมืด รู้แต่เพียงว่าเป็นลักษณะเฉพาะการกระจายแบบสม่ำเสมอทั่วทั้งจักรวาล และสามารถบันทึกผลกระทบของมันได้เฉพาะในระยะจักรวาลที่กว้างใหญ่เท่านั้น
และค่าคงที่จักรวาลอีกครั้ง
พลังงานมืดเขย่าทฤษฎีบิ๊กแบง ส่วนหนึ่งของโลกวิทยาศาสตร์สงสัยเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของสารดังกล่าวและการเร่งการขยายตัวที่เกิดจากสารดังกล่าว นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์บางคนกำลังพยายามรื้อฟื้นค่าคงที่จักรวาลวิทยาของไอน์สไตน์ที่ถูกลืมไป ซึ่งอีกครั้งจากประเภทของความผิดพลาดทางวิทยาศาสตร์ครั้งใหญ่ สามารถใส่จำนวนสมมติฐานการทำงานได้ การมีอยู่ของมันในสมการทำให้เกิดการต้านแรงโน้มถ่วง ซึ่งนำไปสู่การเร่งการขยายตัว อย่างไรก็ตาม ผลที่ตามมาบางประการของการมีอยู่ของค่าคงที่จักรวาลวิทยาไม่เห็นด้วยกับข้อมูลการสังเกต
วันนี้สสารมืดและพลังงานมืดซึ่งประกอบขึ้นเป็นสสารส่วนใหญ่ในจักรวาลเป็นปริศนาสำหรับนักวิทยาศาสตร์ ไม่มีคำตอบเดียวสำหรับคำถามเกี่ยวกับธรรมชาติของพวกเขา ยิ่งกว่านั้นบางทีนี่อาจไม่ใช่ความลับสุดท้ายที่พื้นที่เก็บไว้จากเรา สสารมืดและพลังงานอาจกลายเป็นธรณีประตูของการค้นพบใหม่ที่สามารถเปลี่ยนความเข้าใจของเราเกี่ยวกับโครงสร้างของจักรวาล