Kosmos: rozszerza się, czy kurczy?

Przeprowadzone w ostatnich latach obserwacje galaktyk i procesu rozszerzania się wszechświata doprowadziły do zaskakujących wniosków. Astronomowie przyznają, że mogą one dowodzić istnienia niewidzialnych form materii i energii. Odkryto, że galaktyki poruszają się z dwa razy większą szybkością niż zakładano. Powodem miałaby być nieokreślona masa, która trzyma je razem; w przeciwnym wypadku bowiem oddalałyby się od siebie. To, z czego dokładnie składa się ta niewidzialna, ciemna materia, i czy są to jakieś egzotyczne cząsteczki, czy też wielkie ciemne obiekty – pozostaje tajemnicą.

Zgodnie z teorią wielkiego wybuchu – podstawową teorią opisującą powstanie wszechświata – początek wszystkiego leży w tzw. osobliwości (singularity). Osobliwościami nazywa się teoretyczne punkty w przestrzeni, gdzie gęstość, grawitacja i zakrzywienie czasoprzestrzeni są nieskończone. Ponieważ nie rozumiemy praw fizyki, którymi rządzi się osobliwość, kosmologowie nie odtwarzają historii wszechświata od momentu zerowego. Zamiast tego zastanawiają się, co stało się natychmiast po wielkim wybuchu. Zaraz po narodzinach wszechświata struktura czasoprzestrzeni powiększyła się niewyobrażalnie. Po około czterech sekundach, z mieszanki gorącego gazu i promieniowania, powstały protony, neutrony i elektrony, które tworzą strukturę znanej nam materii wszechświata. Po trzydziestu minutach, reakcje jądrowe zatrzymały się; hel stanowił około jedną czwartą masy wszechświata, pozostałe trzy czwarte wypełniał wodór. Dziś takie same proporcje mają tylko najstarsze gwiazdy.

Z biegiem czasu grawitacja zaczęła spowalniać proces rozszerzania się wszechświata. W połowie lat dziewiędziesiątych zespoły naukowców postawiły sobie za zadanie zbadanie tego procesu. To co odkryły zaszokowało cały naukowy świat. Rozszerzanie się wszechświata nie spowolniło, ale przyśpieszyło!

Zakładając, że rozszerzanie się wszechświata przybrało na sile, należy również założyc działanie siły antygrawitacyjnej, która by ten proces napędzała. Wygląda na to, że zasilana jest ona przez tajemniczą ciemną energię promieniującą z głębi kosmosu. Przeprowadzone ostatnio obserwacje teleskopem Hubbla, a także innymi urządzeniami rzeczywiście sugerują, że ogromna część kosmosu – jakieś 70 procent - zbudowana jest z ciemnej materii. Widzialna materia wypełnia go natomiast tylko w niewielkim procencie. Okazuje się więc, że wszechświat nie jest pustką. W zasadzie cały kosmos składa się z substancji, o których nic nie wiemy.

Ciemna energia jest niezwykle istotnym elementem wszechświata, od której zależeć będzie jego los. Jeśli będzie ona stabilna, wszechświat nadal będzie rozszerzał się w nieskończoność. Jeżeli natomiast energia ta okaże się niestabilna, wszechświat będzie rozszerzał się z niekontrolowaną prędkością, która rozerwie materiał z którego zbudowana jest czasoprzestrzeń, aż do ostatniego atomu. Innymi słowy kosmos w końcu się rozpadnie. Jeśli natomiast ciemna energia byłaby dynamiczna wszechświat mógłby stopniowo się zmiejszać, skurczając się do postaci „wielkiego kolapsu”. Być może tylko po to, by ponownie zacząć się rozszerzać…

 

Źródło: “National Geographic: The New Universe. Here, now and beyond”. Washington, 2010. Tlumaczenie własne.