Jāmeklē jauna Visuma uzbūves teorija

Zinātne nemitīgi cenšas paplašināt mūsu zināšanas, lai “baltie plankumi” kļūtu arvien mazāki un retāki. Tomēr reizumis gandrīz vai jāsāk viss no sākuma. Pirms 40 gadiem zinātnieki domāja, ka priekšstats par Visumu un tā attīstību ir visai pilnīgs. Izrādījās, ka šāds uzskats ir pārlieku augstprātīgs…

Pagājis tikai mazliet vairāk nekā 50 gadu, kopš astronomiem šķita, ka ir rokā visi pavedieni, lai varētu nonākt pie pilnīgas izpratnes par Visuma attīstību no Lielā Sprādziena līdz tālai nākotnei. Bija tikai viena problēma – visi aprēķini pamatojās uz diviem pieņēmumiem, kuri vēlāk izrādījās aplami.
Saskaņā ar pirmo pieņēmumu Visuma izplešanos lēnām bremzē daudzo galaktiku gravitācijas spēks. Savukārt otrs pieņēmums vēstīja, ka mēs varam noteikt šo gravitācijas spēku, vienkārši saskaitot galaktikas un aprēķinot to masu.
Tagad mēs zinām, ka Visuma izplešanās nekļūst lēnāka, bet, gluži pretēji, norisinās arvien straujāk. Tas notiek tāpēc, ka uz Visuma galaktikām iedarbojas ne tikai gravitācijas spēks, bet arī nezināms atgrūšanās spēks. Mēs arī zinām, ka nav iespējams noteikt matērijas daudzumu Visumā, saskaitot galaktikas. Lielākā daļa matērijas nav saskatāma ar teleskopiem, jo tā neizstaro nekāda veida starojumu. Šo neredzamo matēriju sauc par tumšo matēriju, un atgrūšanās spēku rada efekts, ko sauc par tumšo enerģiju. Šie abi nosaukumi spilgti raksturo mūsu neziņu par Visuma uzbūvi. Mēs zinām, ka tumšā matērija un tumšā enerģija pastāv, bet neaptveram to būtību.
Pagāja vairāk nekā 37 gadi kopš tumšās matērijas atklāšanas 1933. gadā līdz apmēram 1970. gadam, kad tā kļuva par vispāratzītu astronomijas sastāvdaļu. Šai noslēpumainajai neredzamajai matērijai pirmais uz pēdām nāca astronoms Fricis Cvikijs. Viņš atklāja, ka Berenikes Matu galaktiku kopā nav pietiekami daudz masas – ar redzamās matērijas gravitācijas spēku būtu par maz, lai kopa paliktu vienota.
Nākamais izšķirīgais solis tika sperts pagājušā gadsimta 60. gados. Šajos atklājumos galvenā persona bija Vera Rubina, kas pievērsa uzmanību mūsu kaimiņam – Andromedas galaktikai. Viņa noteica zvaigžņu ātrumu, izmērot, kā to izstarotās gaismas spektrs rotācijas dēļ ir nobīdījies uz sarkano vai zilo pusi. Par lielu pārsteigumu Rubinai un pārējiem atklājās, ka galaktikas ārējās zvaigznes pārvietojas tikpat ātri, cik iekšējās. Tas iespējams tikai tādā gadījumā, ja zvaigznes pie galaktikas notur liels daudzums masas, tātad arī gravitācijas. Atkal vienīgā iespējamā atbilde bija – jābūt kādai neredzamai matērijai. Jau otro reizi astronomijā parādījās tumšās matērijas jēdziens, šoreiz uz palikšanu.
Tādējādi astronomijai tika izvirzīts svarīgs uzdevums – noskaidrot, kas ir tumšā matērija. Situācija vēlreiz būtiski mainījās brīdī, kad kosmologi mēģināja aprakstīt Visuma vēsturi no Lielā Sprādziena līdz tālai nākotnei. Svarīgākais jautājums, uz ko viņiem bija jāatbild, – vai Visums turpinās izplesties vienmēr, vai arī kādā brīdī sāks sarauties.

Neticēja paši saviem rezultātiem
Meklējot atbildi uz šāda veida jautājumiem, astronomi ierasti vēršas pie Einšteina vispārīgās relativitātes teorijas, kas joprojām sniedz vislabāko Visuma raksturojumu. Viens no Visuma izplešanās teorijas elegantākajiem aspektiem ir tas, ka Visuma attīstību var aprakstīt ar diviem parametriem, proti, mēroga koeficientu Q, kā arī lielumu Ω (omega), kas izsaka matērijas un enerģijas blīvumu Visumā. Kā izrādījās vēlāk, centieni izmērīt Q noved pie tumšās enerģijas, bet centieni izmērīt Ω rāda, ka Visumu veido parastā matērija, tumšā matērija un tumšā enerģija.
Mēroga koeficients Q raksturo Visuma lielumu. Astronomu pieņemtais izejas punkts ir Visums, kādu mēs to redzam pašlaik, tāpēc pēc definīcijas tiek pieņemts, ka Q = 1. Ja varētu izmērīt, kā Q mainījies kopš Lielā Sprādziena, būtu iespējams noteikt, vai Visuma izplešanās pakāpeniski tiek bremzēta.
Lai izmērītu Q, astronomi var novērot īpašas zvaigznes – Ia tipa pārnovas. Zināms, ka visām šīm pārnovām ir vienāds izstarotās gaismas stiprums un tās spīd tik spoži, ka redzamas gandrīz visur Visumā. Protams, pārnovu izstarotā gaisma ceļā pie mums pavājinās, un, ja zinām tās sākotnējo stiprumu, varam viegli aprēķināt, cik miljardu gaismas gadu tā mērojusi. Tāpat pēc gaismas sarkanās nobīdes iespējams noteikt, kā šis attālums ir palielinājies kopš laika, kad gaisma ir izstarota, un tas vienlaikus izsaka, kā ir izpleties Visums.
Zinātnieki domāja, ka pārnovām, kurām ir noteikta sarkanā nobīde, būs vērojams lielāks gaismas stiprums, nekā būtu iespējams, ja Visuma izplešanās notiktu ar pastāvīgu ātrumu. Iegūtais rezultāts viņus ļoti pārsteidza. Pārnovu gaisma, pretēji gaidītajam, bija vājāka, un tas varēja nozīmēt tikai vienu: Visuma izplešanās netiek bremzēta, tā norisinās arvien straujāk. Astronomiem bija grūti pieņemt pašiem savu mērījumu rezultātus. Tomēr tie bija patiesi, tāpēc 1998. gadā kosmoloģijā parādījās jauns jēdziens – tumšā enerģija.
Ap 2000. gadu astronomi bija atskārtuši, ka Visums ir daudz sarežģītāks, nekā ticis uzskatīts. No matērijas būvēta un gravitācijas spēka regulēta Visuma vietā mēs esam ieguvuši Visumu, kurā ir trīs sastāvdaļas un divi regulējošie spēki. Sastāvdaļas ir parastā matērija, tumšā matērija un tumšā enerģija, savukārt regulējošie spēki – gravitācijas spēks un tumšās enerģijas izpausme, kas novērojama kā atgrūšanās spēks.

Vairāk lasiet žurnāla janvāra numurā!