Co było, zanim powstał kosmos?

Reklama

Obrazek użytkownika koscielniakk
czw., 01/09/2020 - 23:20 -- koscielniakk

Wielki Wybuch wcale nie musi być początkiem wszystkiego. Są naukowcy, którzy uważają, że ciemna materia jest starsza.

Przyjęło się uważać, że ponad 14 miliardów lat temu nie było nic. Wszechświat nie miał żadnych granic, ponieważ czas, przestrzeń i energia mieściły się na obszarze biliony razy mniejszym od kropki na końcu tego zdania. Były zwinięte w wymiarze zamkniętym.

Taka hipoteza zakłada, że nie było i nie będzie bardziej gęstego i gorącego miejsca niż ten maleńki punkcik, w którym wszystkie znane nam prawa fizyki były ujednolicone. Ta unifikacja czyniła ten najgęstszy i najcieplejszy obiekt w historii osobliwością, czyli punktem, w którym wszystko jest nieskończone, przez co jego natura jest całkowicie niezrozumiała.

W pewnym momencie – choć w tym wypadku nie jest to najzręczniejsze określenie – kosmos zaczął się rozszerzać bardzo gwałtownie. Proces nazywany inflacją był tak krótki, że ludzki obserwator nie zdążyłby go zarejestrować w swojej percepcji. Mówiąc kolokwialnie, dosłownie wszystko, co znamy, pojawiłoby się nagle w czasie znacznie krótszym niż mrugnięcie oka. Poprzez proces ekspansji czasoprzestrzeni powstał gaz wodorowy, najbardziej pierwotna forma materii, która doprowadziła do formowania się gwiazd i galaktyk. Z kolei śmierć tych gwiazd, w wyniku wybuchu supernowych, prowadzić miała do powstawania nowych pierwiastków i w konsekwencji do powstania życia.

Niektórzy naukowcy kwestionują jednak taki scenariusz. W listopadzie zeszłego roku naukowcy z University of Western Australia przeprowadzili analizę matematyczną warunków, jakie miały miejsce podczas wybuchu supernowych, i odnieśli je do Wielkiego Wybuchu, zapoczątkowującego istnienie wszechświata.

Dowiedli, że procesy akumulacji i transferu energii, w wyniku których powstawały nowe pierwiastki, nie był tak turbulentny i chaotyczny, jak zakładano, ale znacznie powolniejszy. Te wyniki rzuciły wyzwanie naszemu rozumieniu teorii Wielkiego Wybuchu.

W jeszcze większe zakłopotanie wprawili świat nauki astrofizycy z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa w Baltimore. Miesiąc temu opublikowali w prestiżowym magazynie naukowym Physical Review Letters artykuł przedstawiający nową koncepcję narodzin ciemnej materii i metod jej identyfikacji za pomocą obserwacji astronomicznych.

Uważa się, że ciemna materia stanowi około 80 proc. masy wszechświata. Jest ona jedną z najbardziej nieuchwytnych tajemnic we współczesnej fizyce. Sprawa komplikuje się znacznie bardziej, ponieważ naukowcy z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa przekonują, że ciemna materia mogła istnieć jeszcze przed Wielkim Wybuchem.

– Badanie ujawniło nowy związek między fizyką cząstek a astronomią. Jeśli ciemna materia składa się z nieznanych nam cząstek, które „urodziły" się jeszcze przed Wielkim Wybuchem, to musiały one wpłynąć na formowanie się i rozmieszczenie galaktyk. Zatem dopiero poznanie ich tożsamości pozwoli nam zajrzeć do czasów przed Wielkim Wybuchem – przekonuje autor artykułu i szef zespołu badawczego, dr Tommi Tenkanen z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa.

Czy zatem ciemna materia odgrywa kluczową rolę w tworzeniu się galaktyk i ich gromad? Choć nie możemy jej bezpośrednio zaobserwować, to dzięki efektowi grawitacji domyślamy się, że istnieje, przez co wpływa na to, jak znana nam widzialna materia porusza się i rozkłada w przestrzeni.

Dotychczas jednak nikt nie ośmielał się twierdzić, że niezależnie od roli, jaką pełni ciemna materia we wszechświecie, nie tylko nie jest ona pozostałością po Wielkim Wybuchu, ale istniała wcześniej. Naukowcom z Baltimore coś się jednak nie zgadza. – Gdyby ciemna materia była naprawdę pozostałością po Wielkim Wybuchu, to w wielu eksperymentach powinna wykazać oddziaływanie na fizykę znanych nam cząstek – mówi Tenkanen. Tymczasem, mimo że naukowcy od dawna poszukują tego rodzaju ciemnej materii oddziałującej z „naszą" materią, jak dotąd wszystkie te eksperymentalne poszukiwania zakończyły się niepowodzeniem. Istnienie ciemnej materii można wykazać matematycznie, ale nie dowieść eksperymentalnie.

Jednak wykorzystując właśnie matematykę, naukowcy z Baltimore dowodzą, że ciemna materia mogła powstać przed Wielkim Wybuchem, w epoce nazywanej Inflacją, kiedy przestrzeń kosmiczna bardzo szybko się rozszerzała. Uważa się, że tak szybki rozwój czasoprzestrzeni musi prowadzić do obfitej „produkcji" niektórych cząstek, nazywanych skalarami. Jak dotąd jednak jedyną odkrytą cząstką skalarną jest słynny bozon Higgsa.

Czy zatem ciemna materia, jeśli w ogóle ma coś wspólnego z cząstkami skalarnymi, może być starsza niż Wielki Wybuch?

– W zaproponowanym przez zespół z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa eksperymencie matematycznym nie trzeba zakładać nowych rodzajów interakcji między widoczną materią i ciemną materią poza grawitacją – wyjaśnia Tenkanen. – Ten rodzaj ciemnej materii jest zbyt nieuchwytny, aby można ją było znaleźć w eksperymentach z cząsteczkami, może jednak ujawnić swoją obecność w obserwacjach astronomicznych.

Czy hipoteza przedstawiona przez naukowców z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa da się obronić? Wkrótce dowiemy się znacznie więcej o pochodzeniu ciemnej materii, kiedy w 2022 roku w ramach programu Cosmic Vision zostanie wystrzelony europejski satelita Euclid. Ważąca 2200 kg sonda będzie miała zamontowany teleskop o średnicy 1,2 m, za pomocą którego będą prowadzone obserwacje spektroskopowe o wysokiej rozdzielczości obrazu i w bardzo szerokim paśmie światła. Badania te pozwolą nam wejrzeć w czasy przed Wielkim Wybuchem i odpowiedzieć na pytanie, czy jeszcze przed nim mogła rzeczywiście istnieć czarna materia.

Autor: 
Paweł Łepkowski
Źródło: 

msn.com

Dział: 

Reklama