Ciemne sprawki fizyków

Piotr Stanisławski

Nieuchwytne materia i energia to najdziwniejsze i najbardziej podejrzane pomysły dzisiejszej fizyki

Nie lubimy czegoś nie rozumieć – kiedy nie umiemy wyjaśnić zjawiska, staramy się wypełnić dziurę w naszej wiedzy zgrabną teorią. I tak 1500 lat temu groźne pioruny krzesał młotem Thor, a 150 lat temu promieniowanie elektromagnetyczne rozchodziło się w tajemniczym eterze. Jeżeli komuś się wydaje, że w XXI wieku uwolniliśmy się od tych „zapychaczy”, niech przyjrzy się największej zagadce współczesnej fizyki i kosmologii – czarnej materii oraz energii.
Kłopoty zaczęły się w latach 30. zeszłego stulecia, gdy fizyk Fritz Zwicky obserwował pewną gromadę galaktyk. Im dłużej patrzył, tym mniej mu się zgadzało. Galaktyki wirowały tak, jakby były 160 razy cięższe, niż wskazywała na to liczba tworzących je gwiazd. By wszystko pasowało, Zwicky wymyślił, że być może części galaktycznych składników po prostu nie widać, bo występują w postaci ciemnego gazu.
Inni fizycy wyśmiali ten pomysł i sprawy nie rozwijano. Temat wrócił 40 lat później, gdy nowe narzędzia pozwoliły precyzyjnie mierzyć tempo wirowania galaktyk i okreś-lać ich masę. Astronomom grunt zaczął się usuwać, a właściwie odlatywać, spod nóg, kiedy się okazało, że większość galaktyk kręci się tak szybko, że powinny rozpaść się na kawałeczki. Jedynym ratunkiem było dodanie im masy, która zwiększałaby przyciąganie grawitacyjne trzymające to wszystko w kupie. Niestety, mimo najlepszych chęci nikt nie mógł znaleźć tej brakującej materii – istniała w obliczeniach, ale nie na niebie.
Wówczas przypomniano sobie kpiny ze Zwicky’ego i jego ciemnych gazów i nagle przestało być śmiesznie. Okazało się, że jeśli uwzględnić zmiany wiedzy, które zaszły od lat 30., to pomysł niewidocznej, ciemnej materii świetnie pasuje do obserwacji.
Łatwo sobie wyobrazić, że w przestrzeniach międzygwiezdnych poupychane jest mnóstwo gruzu, którego z wielkiej odległości nie widzimy. Jednak by koncepcja ciemnej materii działała, trzeba przyjąć, że ciemna część kosmosu to zupełnie nowy rodzaj materii. Musi mieć sporą masę, by galaktyki się nie rozpadały, ale nie może inaczej niż grawitacyjnie oddziaływać z normalną materią, bo to byśmy zauważyli przez teleskopy.
Obliczenia wykazały, że ledwie jedna siódma materii kosmosu to to, z czego składamy się my, nasze psy i samochody – normalne cząstki. Reszta masy Wszechświata musi być ciemna. Skoro tak, to dlaczego mimo ogromnych starań przez 30 lat nie udało się złapać ani jednej ciemnej cząstki, ani kawałeczka tego, co w kosmosie tak powszechne?
Naukowcy twierdzą, że to tylko kwestia czasu i nakładu na kolejne doświadczenia. Duże nadzieje wiąże się z uruchamianym właśnie Wielkim Zderzaczem Hadronów – ogromnym akceleratorem, dzięki któremu być może uda się wytworzyć odrobinę ciemnej materii.
Gdy już większość sceptyków pogodziła się z nową teorią, ich odporność została wystawiona na kolejną próbę. W 1998 roku podczas badań nad tempem rozszerzania się Wszechświata uzyskano przedziwne wyniki. Zgodnie z teorią Wielkiego Wybuchu kosmos po początkowym przyspieszeniu powinien rozszerzać się coraz wolniej wyhamowywany przez grawitację. Jednak obserwacje supernowych typu Ia, które uznaje się za milowe słupy Wszechświata, pokazały, że rozszerzanie się nie tylko nie zwalnia, ale wręcz przyspiesza.
Jednak wyszkoleni w „ściemnianiu” specjaliści i tym razem sobie poradzili. Po prostu dorzucili kolejny ciemny element świata – ciemną energię. Oczywiście nic nie jest proste: owa tajemnicza siła ma – odwrotnie niż normalna energia – wywierać ujemne ciśnienie rozpychające Wszechświat. W dodatku ciemna energia to aż 73 procent kosmosu. Dodajmy do tego 23 procent ciemnej materii, a na naszą jasną część zostanie zaledwie 4 procent. Naturalnie ciemnej energii nikt dotąd nie wykrył.
Obie te teorie z trudem umykają przed świętą zasadą nauki – brzytwą Ockhama – mówiącą, żeby „nie mnożyć bytów ponad potrzebę”. Nie potrafimy wyjaśnić zjawiska, więc wymyślamy coś, czego wcześniej nie potrzebowaliśmy i co, być może, będziemy musieli wstydliwie wycofywać z podręczników. Powstaje wiele teorii omijających owe „ciemnoty”. Jedna z nich mówi, że jeżeli materia jest nierównomiernie rozłożona we Wszechświecie (a jest), to czas biegnie różnie w różnych punktach kosmosu (to wiemy z teorii względności). Skoro tak, to promieniowanie biegnące do nas przez miliardy lat świetlnych zwalnia i przyspiesza, zakłócając odczyt wieku oraz rozmiaru Wszechświata. Dość powiedzieć, że zgodnie z obliczeniami tej teorii w niektórych miejscach ma on 13,7 mi-liarda, a w innych – 18,6 miliarda lat. Oczywiście brzmi to nader dziwacznie, ale przynajmniej nie wymaga dodawania do naszej wiedzy kolejnych ciemnych składników.   

Piotr Stanisławski
"przekrój" 34/2008

wpisz swój komentarz

Tytuł:		Pseudonim:
Treść:		E-mail:		Zapisz
	Edipresse Polska S.A. zastrzega sobie prawo do usuwania komentarzy łamiących polskie prawo lub zasady dobrego wychowania.

komentarze do artykuŁu

Wszystkie