Segala sesuatu yang pernah kita perhatikan di Alam Semesta, dari bahan hingga radiasi, dapat diuraikan menjadi komponen terkecil. Segala sesuatu di dunia ini terdiri daripada atom, yang terdiri daripada nukleon dan elektron, dan nukleon dibahagikan kepada quark dan gluon. Cahaya juga terdiri daripada zarah: foton. Malah gelombang graviti, secara teori, terdiri daripada graviton: zarah-zarah yang suatu hari nanti, jika kita bernasib baik, cari dan perbaiki. Tetapi bagaimana dengan perkara gelap? Bukti tidak langsung mengenai keberadaannya tidak dapat dinafikan. Tetapi haruskah ia terdiri daripada zarah?
Kita terbiasa berfikir bahawa bahan gelap terdiri daripada zarah-zarah, dan tanpa putus asa kita berusaha mengesannya. Tetapi bagaimana jika kita mencari di tempat yang salah?
Sekiranya tenaga gelap dapat ditafsirkan sebagai tenaga yang melekat pada struktur ruang itu sendiri, mungkinkah "bahan gelap" juga merupakan fungsi dalaman ruang itu sendiri - berkait rapat dengan jarak jauh dengan tenaga gelap? Dan bukannya bahan gelap, kesan graviti yang mungkin menjelaskan pemerhatian kita akan lebih disebabkan oleh "jisim gelap"?
Baik, terutama bagi anda, ahli fizik Ethan Siegel telah menjelaskan pendekatan teori dan kemungkinan senario kami.
Salah satu ciri alam semesta yang paling menarik adalah hubungan satu lawan satu antara apa yang ada di alam semesta dan bagaimana kadar pengembangannya berubah dari masa ke masa. Melalui pengukuran yang teliti dari banyak sumber yang berbeza - bintang, galaksi, supernova, latar belakang gelombang mikro kosmik, dan struktur berskala besar Alam Semesta - kami dapat mengukur keduanya, menentukan apa yang terbuat dari Alam Semesta. Pada asasnya, terdapat banyak idea yang berbeza mengenai apa yang dapat terdiri daripada Alam Semesta kita, dan semuanya mempunyai kesan yang berbeza terhadap pengembangan kosmik.
Berkat data yang diperoleh, kita sekarang tahu bahawa alam semesta terbuat dari yang berikut:
- 68% tenaga gelap, yang tetap pada ketumpatan tenaga tetap walaupun ruang mengembang;
Video promosi:
- 27% bahan gelap, yang menunjukkan daya graviti, kabur ketika isipadu meningkat dan tidak membiarkan dirinya diukur menggunakan daya lain yang diketahui;
- 4.9% bahan biasa, yang menampakkan semua kekuatannya, kabur ketika isipadu meningkat, simpul menjadi gumpalan dan terdiri daripada zarah;
- 0.1% neutrino, yang memperlihatkan interaksi graviti dan elektroweak, terdiri daripada zarah-zarah dan menyatukannya hanya apabila mereka cukup perlahan untuk berkelakuan seperti jirim dan bukannya radiasi;
- 0,01% foton, yang menunjukkan pengaruh gravitasi dan elektromagnetik, berperilaku sebagai radiasi dan kabur baik dengan peningkatan jumlah dan dengan peregangan panjang gelombang.
Seiring berjalannya waktu, pelbagai komponen ini menjadi lebih kurang penting, dan peratusan ini mewakili apa yang dibuat oleh alam semesta hari ini.
Tenaga gelap, seperti berikut dari pengukuran terbaik kami, mempunyai sifat yang sama pada setiap titik di ruang angkasa, ke semua arah ruang dan dalam semua episod sejarah kosmik kita. Dengan kata lain, tenaga gelap adalah homogen dan isotropik: ia sama di mana-mana dan selalu. Sejauh yang kita tahu, tenaga gelap tidak memerlukan zarah; ia dengan mudah boleh menjadi harta benda yang wujud dalam struktur ruang.
Tetapi perkara gelap pada asasnya berbeza.
Agar struktur yang kita lihat di Alam Semesta terbentuk, terutama pada skala kosmik yang besar, bahan gelap bukan sahaja mesti wujud, tetapi juga bersatu. Ia tidak boleh mempunyai ketumpatan yang sama di seluruh ruang; sebaliknya, ia harus dipusatkan di kawasan dengan kepadatan yang lebih tinggi dan harus kurang padat, atau tidak ada sama sekali, di kawasan dengan kepadatan yang lebih rendah. Kita benar-benar dapat mengetahui berapa jumlah keseluruhan bahan di kawasan yang berlainan, dipandu oleh pemerhatian. Tiga yang paling penting adalah:
Spektrum kuasa jirim
Petakan materi di alam semesta, lihat pada skala apa yang sesuai dengan galaksi - iaitu, seberapa besar kemungkinan anda menemukan galaksi lain pada jarak tertentu dari galaksi yang anda mulakan - dan kaji hasilnya. Sekiranya alam semesta terdiri dari bahan homogen, strukturnya akan dilumurkan. Sekiranya terdapat bahan gelap di alam semesta yang tidak terkumpul cukup awal, struktur dalam skala kecil akan hancur. Spektrum tenaga tenaga memberitahu kita bahawa kira-kira 85% jirim di Alam Semesta diwakili oleh jirim gelap, yang sangat berbeza dengan proton, neutron dan elektron, dan jirim gelap ini lahir sejuk, atau tenaga kinetiknya setanding dengan jisim rehat.
Lensa graviti
Lihat objek besar. Katakan kumpulan quasar, galaksi atau galaksi. Lihat bagaimana cahaya latar diputarbelitkan dengan adanya objek. Oleh kerana kita memahami undang-undang graviti yang diatur oleh teori relativiti umum Einstein, bagaimana cahaya dibengkokkan memungkinkan kita menentukan berapa banyak jisim yang ada dalam setiap objek. Melalui kaedah lain, kita dapat menentukan jumlah jisim yang terdapat dalam jirim biasa: bintang, gas, habuk, lubang hitam, plasma, dan lain-lain. Dan sekali lagi kita dapati bahawa 85% jirim diwakili oleh jirim gelap. Lebih-lebih lagi, ia diedarkan dengan lebih mudah, mendung daripada perkara biasa. Ini disahkan oleh lensa yang lemah dan kuat.
Latar belakang gelombang mikro kosmik
Sekiranya anda melihat cahaya sinaran Big Bang yang masih ada, anda akan dapati bahawa ia hampir sama: 2.725 K ke semua arah. Tetapi jika anda melihat lebih dekat, anda dapat mengetahui bahawa kecacatan kecil diperhatikan pada skala dari puluhan hingga ratusan mikrokelvin. Mereka memberitahu kita beberapa perkara penting, termasuk ketumpatan tenaga dari jirim biasa, bahan gelap dan tenaga gelap, tetapi yang paling penting, mereka memberitahu kita betapa homogennya alam semesta ketika itu hanya 0,003% dari zaman sekarang. Jawapannya adalah bahawa kawasan paling padat hanya 0,01% lebih padat daripada wilayah paling padat. Dengan kata lain, bahan gelap bermula dalam keadaan homogen dan bergumpal bersama seiring berjalannya waktu.
Dengan menyatukan semuanya, kita sampai pada kesimpulan bahawa materi gelap harus bersikap seperti cairan yang memenuhi Alam Semesta. Cecair ini mempunyai tekanan dan kelikatan yang dapat diabaikan, bertindak balas terhadap tekanan radiasi, tidak bertabrakan dengan foton atau benda biasa, dilahirkan dalam keadaan sejuk dan tidak berkaitan, dan berkumpul di bawah pengaruh gravitasi sendiri dari masa ke masa. Ini menentukan pembentukan struktur di Alam Semesta pada skala terbesar. Ia sangat heterogen, dan besarnya heterogenitasnya meningkat dari masa ke masa.
Inilah yang dapat kita katakan tentangnya dalam skala besar, kerana ia berkaitan dengan pemerhatian. Pada skala kecil, kita hanya dapat mengandaikan, tidak sepenuhnya yakin, bahawa bahan gelap terdiri daripada zarah-zarah dengan sifat yang membuatnya berkelakuan seperti ini pada skala besar. Sebab kami menganggap ini kerana alam semesta, sejauh yang kita ketahui, terdiri daripada zarah-zarah di intinya, itu saja. Sekiranya anda adalah zat, jika anda mempunyai massa, analog kuantum, maka anda mesti terdiri daripada zarah pada tahap tertentu. Tetapi sehingga kita menemui zarah ini, kita tidak berhak untuk mengecualikan kemungkinan lain: sebagai contoh, ia adalah sejenis medan cair yang tidak terdiri daripada zarah, tetapi mempengaruhi ruang-waktu dengan cara yang sepatutnya.
Inilah sebabnya mengapa sangat penting untuk mencuba mengesan bahan gelap secara langsung. Adalah mustahil untuk mengesahkan atau menolak unsur asas bahan gelap dalam teori, hanya dalam praktik, yang disokong oleh pemerhatian. Nampaknya, bahan gelap tidak ada kaitan dengan tenaga gelap.
Adakah ia diperbuat daripada zarah? Sehingga kita menjumpainya, kita hanya dapat meneka. Alam semesta memanifestasikan dirinya sebagai kuantum di alam ketika datang ke bentuk materi lain, jadi masuk akal untuk menganggap bahawa materi gelap akan sama.
Ilya Khel
