Ciemna Materia i Ciemna Energia.
Materia, jaką znamy, jest zbiorem fizycznych elementów, poznawalnych przez nasze zmysły i otaczających nas. Atomy, gwiazdy, galaktyki, drzewa, skały i nas, wszystko to należy do niej. Materia ta stanowi mniej niż 5% znanego nam wszechświata. Reszta należy do ciemnej materii i ciemnej energii, analogicznie w około 25% i 70%, obie również są dla nas ogólnie niewidoczne. Nasza wiedza na ten temat jest dość skąpa, jeśli chodzi o ich zaawansowane właściwości.
Ale co już wiemy?
Ciemna materia jest głównym źródłem, które sprawia, że istnienie galaktyk jest możliwe. Kiedy jako ludzkość obliczyliśmy, dlaczego wszechświat jest zbudowany w taki sposób, w jaki jest, szybko stało się jasne, że po prostu nie ma wystarczającej normalnej materii. Według obliczeń, znana masa całego Wszechświata jest o wiele za mała, aby galaktyka mogła powstać po Wielkim Wybuchu. Droga Mleczna w ogóle nie powinna powstać. Dlatego we Wszechświecie brakuje masy. Najprawdopodobniej jest ukryty w postaci niewidzialnych obiektów, które oddziałują grawitacyjnie, ale nie emitują ani nie odbijają światła i nie reagują z innymi znanymi nam substancjami. Ta brakująca masa nosi nazwę Ciemnej Materii.
A więc wiemy, że jest coś jeszcze wewnątrz i wokół nas. Coś, co nie emituje ani nie odbija światła. Coś ciemnego. Ale poza tym, że potrafimy obliczyć istnienie ciemnej materii, możemy ją w pewnym sensie zobaczyć.
Obserwacje astronomiczne wykazały, że ciemna materia tworzy "soczewki grawitacyjne", które wyginają światło docierające do Ziemi. W ten sposób możesz nawet dziś zobaczyć, gdzie jest jej kumulacja. Astrofizycy wytyczyli mapę jej gęstości w przestrzeni i okazuje się, że mniej więcej pokrywa się ona z lokalizacją świetlistej materii, z tym, że skupiska ciemnej materii są znacznie bardziej rozległe. Jasne gwiazdy i galaktyki to małe obiekty zanurzone w ogromnej sieci nieznanej ciemnej substancji. Nasza Droga Mleczna wraz z Układem Słonecznym jest zanurzona w tak ogromnej ciemnej chmurze, która dociera niemal do sąsiedniej wielkiej Galaktyki Andromedy.
- Wiemy, że ciemna materia to nie zwykłe chmury normalnej materii bez gwiazd, ponieważ emitowałyby cząsteczki, które moglibyśmy wykryć.
- Ciemna materia nie jest antymaterią, ponieważ antymateria wytwarza unikalne promienie gamma, gdy reaguje z normalną materią.
- Ciemna materia również nie składa się z czarnych dziur, bardzo zwartych obiektów, które gwałtownie wpływają na otoczenie, podczas gdy ciemna materia wydaje się być rozproszona po całym miejscu.
Ciemna materia składa się prawdopodobnie ze skomplikowanej egzotycznej cząstki, która nie oddziałuje na światło i materię w sposób, jakiego oczekujemy, ale w tej chwili nie znamy.
Ciemna Energia jest jeszcze bardziej dziwna i tajemnicza. Nie możemy jej wykryć, nie możemy jej zmierzyć i nie możemy jej posmakować. Ale możemy ją wyraźnie wyznaczyć.
Po określeniu ilości poszczególnych form materii w galaktykach i gromadach za pomocą różnych technik obserwacji w zakresie optycznym, radiowym i rentgenowskim stwierdzono, że całkowita gęstość pierwiastków chemicznych i ciemnej materii stanowi jedynie około jednej czwartej wartości postulowanej przez większość teoretyków (gęstość krytyczna).
Zostało to potraktowane jako znak, że wbrew przewidywaniom teoretyków żyjemy w hiperbolicznej krzywiźnie nieskończenie rozszerzającego się Wszechświata, takiego jak na przykład wylot trąbki. Jednak interpretacja ta została odrzucona przez pomiary rozkładu gorących i zimnych obszarów mikrofalowego promieniowania tła, pokazując, że przestrzeń jest płaska, a całkowita gęstość energii jest równa gęstości krytycznej. Jeśli weźmiemy pod uwagę obie obserwacje, prosta kalkulacja implikuje konieczność wprowadzenia dodatkowej energii, której wkład rekompensowałby brakujące trzy czwarte całkowitej gęstości materii - energia.
Tak więc ciemna energia wydaje się być rodzajem energii nieodłącznie związanej z pustą przestrzenią.
Energia, która jest silniejsza niż cokolwiek innego, co wiemy i z czasem staje się coraz silniejsza. Pusta przestrzeń ma więcej energii niż wszystko inne we wszechświecie razem wzięte. Ciemna energia prawdopodobnie nie jest rzeczą, ale tylko właściwością przestrzeni. Pusta przestrzeń nie jest niczym, ma swoją własną energię. Może generować więcej przestrzeni i jest dość aktywna. Tak więc, w miarę rozszerzania się Wszechświata, może się wydawać, że coraz więcej przestrzeni wypełnia luki, co prowadzi do szybszego rozszerzania się wszechświata.
Być może ciemna energia jest nieznanym rodzajem płynnej energii dynamicznej lub pola, które przenika cały wszechświat, ale w jakiś sposób ma przeciwny wpływ na wszechświat niż normalna energia i materia.
Ale jeśli istnieje, nie wiemy, jak, gdzie i w jaki sposób możemy ją wykryć. Pozostało wiele pytań do odpowiedzi, a nasze teorie na temat ciemnej materii i ciemnej energii wciąż są tylko teoriami.