Tamna materija, tamna energija i nova slika svemira

[kolarac]

ZADUZBINA ILIJE M. KOLARCA
Centar za predavacku delatnost

Predavanje
TAMNA MATERIJA, TAMNA ENERGIJA I NOVA SLIKA SVEMIRA

Predavac dr Milan Mijic, vanredni profesor Odseka za fiziku i astronomiju
                                Kalifornijskog drzavnog univerziteta u L. Andjelesu

Utorak, 17, jun - 18 casova
Ulaz slobodan
DOBRO DOSLI !!!

[Viktor]

Zeleo bih da pitam, posto sam nedavno gledao jednu emisiju o tamnoj energiji i tamnoj materiji, da li je otkriveno pod kojim se ubrzanjem svemir siri?

[Ljubo]

Evo ti jedan, samo elementaran prikaz, bez zalaženja u detalje.

Širenje svemira odredjeno je Hablovim zakonom. Faktor koji odredjuje kojom brzinom se svemir širi naziva se Hablova konstanta.
Izvedeni su i izvode se mnogi nacionalni projekti s ciljem odredjivanja ove konstante.
Najveci broj njih moze se podijeliti u dvije grupe:
1) Oni projekti koji dominantno razmatraju crveni-pomak
2) Oni koji proucavaju gravitacione efekte.

Teorijski, model inflacije predvidja postojanje dovoljno mase koja odrzava trenutnu ekspanziju svemira, ali problem je što ta masa nije otkrivena standardnim opservacionim metodama, odnosno mi vidimo samo jedan njen dio.
Onaj dio koji ne vidimo pretpostavlja se da postoji u obliku skrivene mase (tamna masa, otkrivena posrednom metodom prvenstveno u obliku MACHO objekata) i tamne energije.
S druge strane, tamna energija je mnogo zagonetnija. U zadnje vrijeme pripisuje se interakciji izmedju galaksija u nekom jatu, ali još više u interakcijama izmedju jata galaksija.
Postoje i oni naučnici koji zastupaju mišljenje da je tamna energija sadržana u onih 5 dimenzija za koje se sumnja da, pored ove naše tri, postoje u prostornom smislu (radi se o mikro-kvantnom prostoru - jako nezgodnom za registrovanje današnjom opservacionom tehnikom).

Ono što je zaključak ovih najnovijih eksperimenata je da se svemir ne samo nezaustavljivo širi, već se to širenje izgleda zaista odvija ubrzano. A ovo tek treba da se provjeri, i ako je istina, nadju modeli koji će ovakve opservacije ispratiti sa matematičko-fizičkog stanovišta.

Ne znam koliko će ti ovo pomoći, to je ono što sam uspio zaključiti u osnovnim crtama na osnovu članaka, u prvom redu Novosti u "Sky and Telescope".

Za dublju analizu, trebaće ti neko ko se više bavi ovom problematikom.

[Predrag]

Viktore, o tome se malo pisalo u temi "Laicke ideje u kosmologiji". Mozda ti to pomogne malo! A vise o tome imas u knjizi koja se i u toj temi pominje, a zove se "Vasiona u ponoc"!

[Jethro]

Pre više od dve godine, na ovom forumu, izneo sam svoja laička razmišljanja koja se između ostalog tiču i tamne materije i tamne energije. Prateći šta se u popularnoj literaturi publikuje o ovim hipotetičkim pojmovima, ali i osmatračke pomake ka "rubu svemira", još uvek sam na svom stanovištu da se određene stvari mogu objasniti i bez ovih pojmova. 
Voleo bih da pročitam o naučnim stavovima-hipotezama, koji pretpostavljaju da je "naš svemir" ipak samo jedan od bezbroj sličnih, većih ili manjih, susednih a ne paralelnih. Zanima me kako se tu objašnjava ubrzano širenje svemira i slično. Ima li nečeg takvog uopšte?

Posebno me interesuje "vremenska linija", spomenuta u jednoj skorašnjoj tv emisiji o tamnoj energiji i tamnoj materiji, a koja deli naših oko 14 milijardi na 9 i 5 milijardi i odnosi se na početak ubrzanog širenja?

[Ljubo]

Širenje svemira, ali i postojanje Velikog Atraktora, zatim ponašanje galaktičkih jata i superjata, nedvosmisleno ukazuju na neophodnost postojanja nedostajuće materije. U suprotnom, ono što vidimo ne bi se slagalo s važećim teorijama.

Postoje, doduše, radovi koji se odnose na neku od viših dimenzija koje postoje na sub-kvantnom nivou (manjem od 10 na -15 metara), i kojoj se pripisuje isto što i tamnoj energiji.
Ali, nemamo mogućnosti da to za sada potvrdimo. Dakle, ne radi se o više paralelnih svemira, već o "odlivanju" energije u neku od viših dimenzija.

Ovo je ujedno i jedno od objašnjenja za ubrzano širenje svemira. Medjutim, treba istaći da su u toku (a i planiraju se još neki) eksperimenti koji će provjeriti ponašanje i uticaj nedostajuće mase i tamne energije.

Iako sve ovo izgleda dosta obeshrabrujuće, ipak jedno je sigurno: U narednih 10 do 15 godina ustanovićemo približnu količinu i, što je još važnije, uticaj ove tamne materije na ponašanje svemira.
A to će ipak biti veliki korak unapred, uz napomenu da će vjerovatno doći do još nekih novih otkrića vezanih za prirodu i širenje svemira (brojne su kockice mozaika koje nedostaju).

Što se tiče "vremenske linije", i njenoj podjeli na 9 i 5 milijardi godina, pokušaj da se setiš iz te emisije šta je to dovelo do ove podjele, pa onda možemo diskutovati na tu temu. (Mislim da se tu radi o nekoj hipotezi, jer nisam još pročitao da je dobro "legla" u naučnim krugovima).

[Jethro]

U pitanju je satelitski History Chanel (ne Viasat History). Emisija je emitovana u okviru serijala Univezum. Snimljena je 2008. Ovaj kanal od skoro imamo u kablovskoj ponudi, tako da ne znam da li je u pitanju repriza ili premijera serijala
Uspeo sam veći deo emisije da snimim, nadam se da će se reprizirati, da je odgledam u celini.
Potrudio sam se da prekucam u kontinuitetu deo titla koji se odnosi na tu "vremensku liniju" :

Richard Ells:
Tamna energija je različita od tamne materije.
Ona se ne gomila kao galaksije u klasterima ili zvezde u galaksijama.
Ona je prilično jednolična.
Uvek je u pitanju ista brzina ubrzavanja, bez obzira u kom pravcu gledamo.
ona je verovatno glatka  iako neki ljudi veruju da ima neku strukturu u svojoj distribuciji kao i uticaj.

Michio Kaku:
Tamna energija je energija vakuuma, energija ničega.
Čak i ništavilo ima energiju.
To razdvaja galaksije, stvarajući pokretan univerzum.

Richard Ells:
Čini se da su tamna energija i tamna materija u suprotnosti jedna sa drugom, još od početka vremena.
Naučnici smatraju da je tamna energija stvorena zajedno sa tamnom materijom u trenutku velikog praska.
Uvek je postojala u univerzumu, ali gravitacione sile tamne materije su je zadržavale, usporavajući ekspanziju svemira tokom prvih 9 milijardi godina.
Ovo se promenilo pre 5 milijardi godina, kada je univerzum toliko narastao da je tamna materija prodrla kroz njega a tamna energija nije bila pod jakim uticajem tamne materije.
Kao rezultat toga univerzum je počeo da se širi ubrzano.

Tamna energija je konstantni termin koji je verovatno bio beznačajan kada je univerzum bio vruć i gust u svom početku, tako da nije ni bilo bitno da li je bilo tamne materije ili ne.
Ali ona je bila tu, samo što nije imala nikakvu ulogu. A onda, kako se univerzum hladio, proređivao i povećavao, gravitacija je postala manje važna i onda je na scenu stupila tamna energija.
To je vlasništvo svemira koje mi još uvek ne razumemo do kraja.
Kako se univerzum širio, tamna energija je polako pobeđivala u borbi sa tamnom materijom. Ubrzanje je počelo pre 5 milijardi godina.

Alex Filippenko:
Dakle pre 5 milijardi godina tamna energija je počela da dominira nad materijom u univerzumu.
Ako suprostavite silu nasuprot vremenu, gravitacija će se smanjivati vremenom, odbojnost će porasti vremenom, i otprilike pre 5 milijardi godina dve krive su se ukrstile i tada je univerzum počeo da se širi.

[Ljubo]

Hmm,

Pošto širenje nije linearno, vjerovatno su uračunali i komponentu ubrzanja - samo je pitanje da li je ono svo vrijeme isto (jer ne mora biti ravnomjerno ubrzano, što je i slučaj u trenutku kada je tamna energija nadvladala tamnu materiju (nedostajuća masa je nama bliži termin za tamnu materiju, jer je i energija oblik materije; ovako izgleda da ćemo uskoro morati bolje razmotriti nazive za ove termine u domaćoj literaturi)).

Da, zaista, ako uzmemo da se svemir svo vrijeme širi, onda tamna energija može i igra veliku ulogu kada je svemir postao dovoljno velik. Ono što je loše u cijeloj priči je da će u narednom periodu, kada se svemir još poveća i tamna energija postane dominantna, doći do zaustavljanja gravitacionog procesa formiranja galaksija, a kasnije i zvijezda, pa pri kraju i planeta. A na samom kraju i atoma! Sve je počelo velikim praskom, a sve završava u velikom cijepanju.
Naravno, ima još dosta nepoznanica, pa će tek vrijeme koje dolazi moći nam dati nove odgovore.

[Kizza]

Tamna Materija se manifestuje kroz Gravitaciju a Tamna Energija 

[Ljubo]

Tamna energija i kroz graviraciju i kroz širenje. Kod kosmičkih superstruna ponaša se kao katalizator, a i kod širenja svemira takodje. Ali odvojeno i od jednog i od drugog - u početku ona je neutralna - ne proizvodi vidljive efekte. Kasnije, zbog širenja gravitacija slabi, a tamna energija koja je uvijek bila tu stupa na scenu i podupire ekspanziju. Ona nam daje nelinearnu ekspanziju (zbog toga je i uvedena); ali njene pojavne oblike (šta je i kako se mijenja) tek treba da ustanovimo.

Alternativa teoriji o tamnoj energiji je "prelivanje" energije kroz neku od viših dimenzija (mislim da se radi o 7. ili 8. dimenziji) - u radovima kojima se sa matematičke tačke gledišta nema šta prigovoriti. Ovoj teoriji nedostaje "samo" krunski dokaz - opservacije koje će to potkrepiti. Ali, radi se o sub-kvantnom efektu, za koji nećemo skoro imati instrument koji će to provjeriti (neki čak kažu da to nikada nećemo ni moći, jer se više dimenzije, po njima, ne mogu detektovati iz nižih dimenzija).

[Jethro]

Evo u kontinuitetu još jedan deo tv emisije o tamnoj materiji i energiji:

Narator:
Naučnici su se dugo pitali zašto su se galaksije formirale po naizgled nasumičnim šablonima širom svemira. Sada veruju da je to zbog gravitacione sile tamne materije.

Michio Kaku:
Univerzum nikako nije jednoličan. Ima praznine i gomile. Čini se da ima balone kao regije. Sada verujemo da je to zahvaljujući tamnoj materiji.

Narator:
Nedavno su naučnici odveli svoju teoriju korak napred i stvorili detaljnu trodimenzionalnu mapu tamne materije u univerzumu koristeći gravitaciona sočiva.

Sean Carroll
Ajnštajn je rekao da gravitacija utiče na sve, kao i da je gravitacija izazvana svime. Jedna od stvari koja je izazvana gravitacijom je i sama svetlost.

Michio Kaku:
Jer kad svetlost prođe kroz tamnu materiju ona je savija baš kao što je savija kada prođe kroz staklo.

Narator:
Svetlost ne razlikuje običnu i tamnu materiju. Oba tipa materije izobličuju svetlost kako ona putuje kroz galaksije. Kao kada se ucrtava put na mapi astronomi su pratili hiljade izvora svetlosti kako su oni prolazili kroz tamnu materiju. Stvorili su do sada najtačniju sliku o tome gde se tamna materija krije u svemiru.

Richard Ells
Možemo da uporedimo tu mapu tamne materije sa time gde se galaksije nalaze. Na taj način shvatamo da se tamna materija ponaša kao kostur. Kičma oko koje se gomilaju vidljivi materijal. Stvarajući mapu univerzuma, astronomi mogu i pogledati unazad i izračunati koliko materije je stvoreno velikim praskom.

Sean Carroll
Ako znate koliko je univerzum sad grudvast i kada je bio dva puta manji, pa čak i pre svega toga, možete doći do totalne sume u univerzumu. To nam daje još jedan način poklapanja sa onim što verujemo da je tamna materija.

Narator:
Procenjeno je da tamna materija čini oko 23% univerzuma, dok obična materija čini samo 4%.

Sean Carroll
Potrebno vam je mnogo tamne materije da bi ste izračunali ukupnu gravitaciju koja postoji u ovim klasterima i galaksijama.

Narator:
Ali šta čini ostalih 73% univerzuma,
Naučnici smatraju da nova misteriozna tamna energija dominira svemirom i da je ta odbojna energija ona koja razdvaja galaksije.

[Jethro]

Ne mogu se odupreti utisku da se astronomi odnose prema vidljivom svemiru kao puž u Zmajevoj priči, kome je zid bašte bio kraj sveta.
Bojim se da će se sa tamnom materijom i tamnom energijom nepotrebno zakomplikovati.

Čini mi se da se naš veliki prasak ipak odigrao u jednoj velikoj praznini, balonu u postojećem svemiru. Praznini koja je nastala kao posledica narušavanja "glatkosti i jednoličnosti univerzuma", narušavanja apsolutnog reda u univerzumu.
Toj sili koja je izazvala razvlačenje univerzuma i u jednom njegovom delu stvorila prazninu, odupire se energija vakuuma otkidajući razvučenu sadržinu tog dela univerzuma i vraćajući je ka gravitacionom centru spomenute praznine. U slučaju dovoljne količine materijala ovo će se završava velikim praskom, a onda nešto manje velikim, pa manjim, dok zbog stalnog razvlačenja ponestane materijala za novi prasak.

Tamnoj energiji bi odgovarala sila koja izaziva nastajanje praznine, balona. Sa naše tačke posmatranja to bi bila antigravitacija.
Tamnoj materiji bi odgovarala ista ta sila, ali koja izaziva stvaranje stvaranje praznina unutar "našeg lokalnog univerzuma" stvorenog "našim lokalnim velikim praskom", pa i unutar njega sili koja izaziva stvaranje galaksija, zvezdanih sistema, planetskih sistema, a možda itd. do najsitnijih elemenata.
Suprotna sila, ta energija vakuuma, izgleda da je, sa naše tačke posmatranja, gravitacija.

Ovo bi bio kroki mog logičkog koncepta za tumačenje sveta u kojem jesmo.
Kada igramo šah, teško je da ćemo kao amateri imati priliku da igramo sa Taljem, Fišerom, Kasparovom, Karpovom, Ljubojevićem, a i da tu priliku dobijemo pitanje je da li bi zbog lošeg ishoda promenili stil igre, ali je sigurno da će nam predavanja držati teoretski potkovani paceri, bez obzira na ishod.
Na lucidne poteze pravo imaju samo vrhunski igrači, svi ostali su to uradili slučajno. Čak i to će dokazati teoretski potkovani paceri.
Šahisti ipak kažu - Gens una sumus! -  jer jedna je ljubav prema šahu.
Nadam se da su i svi koji vole astronomiju jedan rod, jer i isto je i sa ljubavlju prema astronomiji.

[Predrag]

Bojim se da će se sa tamnom materijom i tamnom energijom nepotrebno zakomplikovati.

Neophodno je da se zakomplikuje, da bi saznali nesto vise o svemu tome.

[Jethro]

Slažem se, bitno je da se problem rešava.
Mada za svaki problem postoje bar dva rešenja - prosto i komplikovano.

[Predrag]

Resenje je resenje, a postupak koji vodi do resenja moze biti prost ili slozen, ali to zavisi od problema. U slucaju tamne materije i energije, kako stvari stoje, sve je komplikovano!

Dušan Mrđa:  TAMNA MATERIJA I TAMNA ENERGIJA U SVEMIRU

Ukoliko saberemo procenjene mase SVIH  galaksija u jatu galaksija Koma ( sazvežđe Berenikina kosa), NA BAZI VIDLJIVE MATERIJE u ovim galaksijama, proizilazi  da ono NE SADRŽI DOVOLJNO VIDLJIVE MATERIJE da bi se objasnile uočene brzine galaksija. Odatle sledi da je znatna količina materije SKRIVENA od naših pogleda i to je onaj iznos koji nazivamo "nedostajućom masom". Uočavamo njeno prisustvo samo na osnovu GRAVITACIONOG EFEKTA na  galaksije, ali sama ova materija ne emituje elektromagnetno zračenje i otuda naziv TAMNA. Astrofizičar Vera Rubin, otkrila je sličnu situaciju sa nedostajućom masom unutar spiralnih galaksija proučavajući kretanje zvezda i izdvojenih oblaka gasa oko galaktičkog centra.
U kosmosu tamne materije ima oko 6 puta više nego vidljive materije. Istraživanja ukazuju da se tamna materija mora dominantno nalaziti u formi takvih čestica koje sa običnom materijom NE STUPAJU u međudejstvo  putem  elektromagnetne interakcije ( ne apsorbuju,ne rasipaju,  ne emituju zračenje), niti putem jake interakcije( interakcija među kvarkovima-konstituentima protona i neutrona) , već jedino putem gravitacione interakcije i eventualno slabe interakcije. Sasvim nezavisno od tamne materije,tamna ( nevidljiva ) strana kosmosa ispoljava se na još jedan poseban način. Međutim, sada nije reč o bilo kakvom obliku materije, već je u pitanju svojstvo sâmog PROSTORA. Ključni nalaz koji je ukazao na postojanje tamne energije proizišao je iz astronomskih posmatranja jedne posebne vrste eksplodirajućih zvezda, takozvanih SUPERNOVA i to tipa Ia.
Osnovno otkriće je glasilo: KOSMOS SE ŠIRI SVE VEĆOM BRZINOM, KOSMOS SE UBRZANO ŠIRI. PRAZAN PROSTOR  SADRŽI ENERGIJU NAZVANU TAMNA ENERGIJA koja određuje sudbinu kosmosa.