Mari enigme din astronomie

Ştim că totul a început cu Big Bang. Atunci a apărut materia, energia, spaţiul şi timpul, mai exact Universul. Dar este sau nu infinit universul? Care este forma lui?  Este unul singur sau există o multitudine de universuri? Ce reprezintă viaţa în Univers, un hazard, sau ceva foarte comun? Fie că suntem singuri sau nu, noi, oamenii, ne punem aceste întrebări. Existăm. Investigăm. Descoperim.

Antimateria

Teoretic vorbind, antimateria există. Ea poate fi obţinută în acceleratoarele de particule. Dar, existenţa ei în spaţiu este doar intuită. Nimeni nu a găsit antimaterie în spaţiu până acum.

Conform oamenilor de știință, la formarea universului au fost create două cantități egale de materie și antimaterie. Ar fi trebuit, deci ca cele două cantități să se anihileze reciproc. Datorită unui fapt încă necunoscut, acest lucru nu s-a întâmplat, iar cantitatea de antimaterie în univers este în prezent foarte redusă.

Extratereştri

Acum 150 de ani se ofereau recompense pentru descoperirea extratereştrilor de pe alte planete decât Marte. Se considera că pe „planeta roşie” există cu  siguranţă extratereştrii.

Odată cu progresul ştiinţei şi „era cosmică”, existenţa extratereştrilor nu a putut fi demonstrată. Opportunity şi Spirit au arătat că nu există viaţă pe Marte. Dar asta nu apus capăt căutării. Dimpotrivă, oameni de ştiinţă din toată lumea se află în căutare de forme de viaţă în univers.

Omul este o formă de viaţă inteligentă. Deci, acesta tinde să creadă că există şi alte fiinţe asemenea lui, măcar ca nivel al inteligentei. Stephen Hawking spunea că  ” ideea existenţei extratereştrilor este perfect raţională, însă întâlnirea cu ei s-ar putea dovedi devastatoare pentru specia umană, aşa că poate n-ar trebui să ne străduim atâta să intrăm în contact cu ei.”

Astăzi, programul SETI (Search for Extra-Terrestrial Intelligence) şi ufologi amatori cercetează cerul în speranţa de a găsi un semnal din partea extratereştrilor.

Energia şi materia neagră

Se presupune că Universul este alcătuit în proporţie de 73% din energie neagră, 23%, materie neagră, 3,6%, gaz intergalactic şi numai 0,4% stele.

Energia şi materia neagră sunt componente misterioase ce nu se văd, nu se simt, dar sunt acolo. Au fost numite în acest mod pentru că negrul simbolizează culoarea necunoscutului.

Energia neagră generează o forță care se comportă ca o gravitație negativă şi care ar putea explica accelerarea expansiunii universului.

Materia neagră este o substanță formată din particule încă nedetectate experimental din cauză că ea nu emite radiații. Galaxia noastră, Calea Lactee, ar putea conţine materie neagră în proporţie de 90%. Aceasta ar putea fi formată  din obiecte cu luminozitate mică, ca, de exemplu, stele pitice maro şi găuri negre, dar se crede că, în cea mai mare parte, este formată din particule neobişnuite, a căror natură nu a fost încă descoperită.

Timpul

Ce este timpul? Doar o măsură a duratei evenimentelor? În filosofie, timpul este definit ca un flux neîntrerupt, ireversibil, care nu poate curge decât într-o singură direcție. În fizică, timpul este  o dimensiune a naturii. În accepţiunea clasică acesta este continuu, dar  teoria mecanicii cuantice dispută această calitate. Pentru oameni, timpul înseamnă trecut, prezent şi viitor şi cu ajutorul lui este sesizată o ordine în timp a evenimentelor.

Se spune că timpul a început cu Bing Bang şi se va sfârşi odată cu acesta. Este timpul  o insuşire a materiei? Este o iluzie?

Începutul şi sfârşitul universului

Acum 13,7 miliarde de ani. Big Bang. O explozie de proporţii inimaginabile a unui punct fără dimensiuni şi cu energie infinită (singularitate). Apariţia universului. Dar ce a cauzat această explozie? Dacă totul s-a format după Big Bang, ce era înainte?

Împrăştierea materiei şi energiei declanşate de Big Bang continuă şi azi. Universul se află în expansiune. Dar până când? Orice se naşte are şi un sfârşit. Care va fi sfârşitul universului? Nu se ştie când va înceta să existe universul. În schimb, există două scenarii posibile despre felul cum se va sfârşi totul.

Universul are o anumită densitate de masă-energie. S-a calculat că, dacă densitatea ar depăşi valoarea critică, gravitaţia ar determina încetarea expansiunii Universului şi prăbuşirea lui printr-o mare implozie – Big Crunch. În acest scenariu, toată materia şi energia s-ar prăbuşi într-o singularitate infinit de densă şi de fierbinte, într-un fel de Big Bang inversat. Acest lucru nu s-ar putea întâmpla decât peste 10 miliarde de ani. Dar, dacă densitatea Universului ar fi mai mică sau egală cu valoarea critică, Universul s-ar extinde la infinit, deşi viteza lui de extindere ar fi treptat redusă de gravitaţie. În acest caz, Universul ar cunoaşte un proces îndelungat de răcire – Big Chill, în urma căruia ar dispărea.

Universuri multiple

 

Universurile paralele au fost întotdeauna o temă preferată a autorilor sci-f. Însă, unii oameni de ştiinţă întrevăd în fizica cuantică posibilitatatea existenţei mai multor universuri. Astfel, ar putea exista un număr infinit de universuri, fiecare cu legi diferite ale fizicii. Universul nostru ar putea coexista cu alte membrane, alte universuri care sunt de asemenea în expansiune. S-ar putea ca universul nostru să nu fie decât „un balon plutind într-un ocean de alte baloane”.

Forma Universului

 

Nu putem vedea marginile Universului. Nu ştim dacă este finit sau infinit. Atunci cum vom şti care este forma lui? Există teorii asupra acestei chestiuni şi au fost propuse câteva modele.

Universul poate fi plat – model realizat pe baza unor masuratori precise ale temperaturii radiaţiei de fond, de catre WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe – sonda spaţiala lansată în 2001), sferic – un model propus în 2003 care descrie geometria globală a Universului drept un poliedru cu 12 feţe pentagonale plate, sau cu formă de pâlnie – aşa-numitul model Picard, publicat în 2004, potrivit căruia Universul are forma pâlniei unei trompete, model elaborat pe baza studierii radiaţiei cosmice de fond.

Lungimi de undă şi expansiunea Universului

Să ne imaginăm o stea. Mişcarea particulelor încărcare electric ale stelei creează un câmp electromagnetic, care are două componente, oscilante şi perpendiculare una pe cealaltă: componenta electrică şi componenta magnetică. Distanţa dintre două puncte maxime succesive ale undelor electromagnetice sub forma cărora se transmite energia electromagnetică se numeşte lungime de undă. Spectrul electromagnetic, care include radiaţia electromagnetică de toate lungimile de undă posibile este energie pură şi include spectrul vizibil, radiaţia elecromagnetică pe care noi o numim lumină, pentru că interacţionează cu obiectele din jurul nostru şi este recepţionată şi interpretată de sistemul vizual sub formă de culori.

Când trece printr-o prismă, lumina se descompune în lungimile de undă componente, fapt ce pentru ochiul uman înseamnă o succesiune de culori, spectrul vizibil. Dacă gazul din care este formată steaua este fierbinte, steaua produce un spectru de lumină continuu de la suprafaţa ei, în care este reprezentată o largă gamă de lungimi de undă (culorile), văzute oblic, ca nişte linii, numite liniile spectrale . Dar, în cazul în care gazul stelei este mai rece, în spectru apar linii de culoare închisă.

Din cauza faptului că obiectele cosmice sunt în continuă mişcare, noi le putem  detecta deplasările măsurând poziţia liniilor spectrale. Dacă liniile spectrale ale stelei noastre indică lungimi de undă mai mari, observându-se o deplasare spre roşu, atunci steaua se îndepărtează de noi. În caz contrar, dacă liniile ei spectrale indică lungimi de undă mai mici, observându-se o deplasare către albastru, atunci steua se apropie de noi.

Astronomii au observat că deplasarea se măreşte odată ce viteza dintre sursă şi observator creşte. Deoarece galaxiile îndepărtate prezintă deplasări considerabile  spre roşu, ele se îndepărtează cu viteze uriaşe, numite deplasări cosmologice către roşu. Lumina obiectelor îndepărtate este cu atât mai slabă, cu cât deplasarea lor  cosmologică spre roşu este mai mare.

Aspectele prezentate în paragrafele anterioare duc la concluzia că Universul se află în expansiune, căci majoritatea galaxiilor par a se depărta rapid de galaxia noastră. În 1929, Edwin Hubble a demonstrat definitiv acest lucru, descoperind că viteza de recesiune creşte odată  cu distanţa de la Pământ la sursă, conform legii lui Hubble –    (D este distanţa dintre galaxie şi observator, măsurată în megaparseci, H₀ este constanta lui Hubble). Această descoperire a schimbat fundamental discuţia despre începutul Universului, căci dacă mişcarea de expansiune a Universului este dintodeauna, atunci rezultă pe care de consecinţă că a existat un moment iniţial al expansiunii, când tot ce există era într-un sigur loc, denumit de fizicieni singularitate.