ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

 Πριν περίπου 14 δις χρόνια το σύμπαν αναδύθηκε  στην ύπαρξη από ένα γεγονός γνωστό ως Bing Bang.Tην αρχή του είναι δύσκολο να την φανταστούμε-το νεαρό σύμπαν ήταν απίστευτα θερμό-τόσο θερμό ώστε ήταν αδύνατη ακόμη η ύπαρξη ατόμων και εξαιρετικά πυκνό.Οι επιστήμονες πιστεύουν ,ότι σε ένα σημείο του χώρου,όλο το παρατηρήσιμο σύμπαν ,θα πρέπει να είχε το μέγεθος ενός κόκκου άμμου .Καθώς το σύμπαν διαστελλόταν  γινόταν ταχύτατα μεγαλύτερο και δραματικά ψυχρότερο.Άτομα δημιουργήθηκαν και μετά μόρια. Όλα τα αντικείμενα που έχουν  μάζα έλκουν το ένα το άλλο με μια δύναμη που λέγεται βαρύτητα. Όσο μεγαλύτερη μάζα έχει ένα σώμα τόσο μεγαλύτερη βαρύτητα έχει. Όσο πιο κοντά είναι τα  αντικείμενα τόσο μεγαλύτερη βαρυτική έλξη ασκείται μεταξύ τους. Η ύλη αποτελείται  από ορατή ύλη όπως τα αστέρια και αόρατη ύλη γνωστή σαν «σκοτεινή ύλη».Η βαρύτητα οδηγούσε την ύλη σε όλο και μεγαλύτερα συσσωματώματα .Η χωρίς αντίδραση βαρυτική έλξη της ύλης δημιουργούσε νεφελώματα ,στη συνέχεια τα νεφελώματα δημιουργούσαν αστέρια και τα αστέρια μεγαλύτερες συγκεντρώσεις ύλης τους γαλαξίες.Αφού κάθε κομμάτι ύλης στο σύμπαν ασκεί δύναμη σε κάθε άλλο κομμάτι ,αυτό δημιουργεί μια έλξη που επιβραδύνει το σύμπαν που συνεχίζει να διαστέλλεται  από την ενέργεια της μεγάλης έκρηξης.Προς το τέλος του 20oυ αιώνα οι αστρονόμοι βρήκαν ότι το σύμπαν έχει αρκετή μάζα ώστε να επιβραδύνει τη διαστολή του ,αλλά όχι αρκετή ώστε να σταματήσει τη διαστολή ή να φέρει σε σύγκρουση τα διάφορα κομμάτια ,αντίθετα το σύμπαν θα συνεχίζει τη διαστολή αλλά ποτέ δεν θα καταφέρει να σταματήσει.

Το  1990 οι αστρονόμοι είχαν προσδιορίσει το ρυθμό διαστολής του σύμπαντος.Τώρα ήθελαν να προσδιορίσουν πόσο είχε επιβραδυνθεί η διαστολή λίγα δισεκατομμύρια χρόνια πριν.Ήταν σαν να γνώριζαν τη τρέχουσα ταχύτητα και να ήθελαν να βρουν πόσο θα φρενάρει τα επόμενα  δις  xρόνια λόγω της βαρυτικής έλξης.Δύο ομάδες αστρονόμων προσπάθησαν να συγκρίνουν τη τρέχουσα ταχύτητα διαστολής του σύμπαντος με τη ταχύτητα διαστολής στο παρελθόν.Οι αστρονόμοι Saul Perlmutter από το εργαστήριο Lαwrence  του Berkley στη Καλιφόρνια και  ο Brian Schmith στο παρατηρητήριο του όρους Stromlo στην Αυστραλία,οδήγησαν  διεθνείς ομάδες σε μια προσπάθεια να ταυτοποιήσουν και να μελετήσουν ένα είδος  αστέρων που εκρήγνυνται γνωστών ως Type Ia(1-a) supernova*.Aυτά τα αστέρια είναι το κλειδί για τη μέτρηση τεράστιων αποστάσεων στο χώρο,επομένως η μελέτη τους είναι βασική  για την αποκρυπτογράφηση της διαστολής του σύμπαντος.Η έρευνα των supernova είναι μια επίπονη διαδικασία διότι η εκθαμβωτική λάμψη της έκρηξης των  supernova  διαρκεί μόνο λίγες εβδομάδες πριν αυτή ξεθωριάσει.Xρησιμοποιώντας μερικά από τα πιο ισχυρά τηλεσκόπια ερεύνησαν τον ουρανό για supernova ,ελπίζοντας  να τους συλλάβουν πριν εξαφανιστούν από τη θέα .Ύστερα από μερικά χρόνια είχαν αρκετές πληροφορίες από αυτά τα θνήσκοντα άστρα για τον τρόπο διαστολής του σύμπαντος.Αξιολογώντας τα δεδομένα οι αστρονόμοι διαπίστωσαν μερικά παράξενα αποτελέσματα.Οι  supernova ήταν αμυδρότεροι από ότι περίμεναν.Ήσαν τόσο αμυδροί που οι σουπερνόβα θα έπρεπε να είναι μακρύτερα από ότι περίμεναν να είναι .Αν ήταν όμως έτσι η διαστολή του σύμπαντος θα έπρεπε να επιταχύνεται όχι να επιβραδύνεται.Τι ήταν όμως αυτό που προκαλούσε τόση επιτάχυνση?Η βαρύτητα συνήθως έλκει τα σώματα ώστε να συγκεντρωθούν ποτέ δεν τα απωθεί ώστε να απομακρυνθούν.Κάποια δύναμη,μια ενέργεια που ακόμη δεν είχε ανιχνευθεί ,έπρεπε να επιταχύνει τη διαστολή.Τα μέλη  των επιστημονικών ομάδων είχαν σοκαριστεί με το αποτέλεσμα της έρευνας τους.Αν η ανακάλυψη τους ήταν αληθινή κάποια «σκοτεινή ενέργεια» θα έπρεπε να προκαλεί την επιτάχυνση της διαστολής του σύμπαντος.

To 1998 οι δυο ομάδες δημοσίευσαν τα αποτελέσματα της έρευνας .Υποστηρίζοντας ότι η διαστολή του σύμπαντος επιταχύνεται και δεν επιβραδύνεται όπως ήταν η άποψη μέχρι τότε.

Οι επιστήμονες σε όλο τον κόσμο ήταν ανοιχτοί σε αυτή τη πιθανότητα αλλά με πολλούς ενδοιασμούς. «Μια δικαιολογημένη θέση ήταν ότι οι παρατηρήσεις ήταν λάθος»δήλωσε ο Antreas Albrecht Φυσικός του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας.Οι αμφιβάλλοντες επιστήμονες γνώριζαν ότι υπήρχαν άλλες πιθανότητες να εξηγήσουν τις παράξενες παρατηρήσεις.Οι ομάδες είχαν μελετήσει αρκετά απομακρυσμένους supernovae ,εκρηκτικά άστρα που το φως τους είχε αρχίσει να ταξιδεύει 4-7 δις χρόνια νωρίτερα.Μπορεί αυτά τα παλαιότερα supernovae να ήταν αμυδρότερα λόγω της σύνθεσης των άστρων σε σχέση με τους πιο πρόσφατους supernova.Ίσως οι γαλαξίες, αλλά και ο χώρος ανάμεσα στους γαλαξίες να περιέχει περισσότερη αστρική σκόνη από ότι οι επιστήμονες πίστευαν ,ώστε αυτό να προκαλεί την εξασθένηση του φωτός από της εκρήξεις των supernova.

Έτσι οι ερευνητές στράφηκαν προς το διαστημικό τηλεσκόπιο Ηubble.Το 2000 η ομάδα του  Saul Perlmutter μελέτησε μια δωδεκάδα supernova,κατόπιν το 2002 ο Αdam Riess του Ινστιτούτου του διαστημικού τηλεσκοπίου μελέτησε 25 supernova που το φως του είχε ταξιδέψει πολλά δις χρόνια .Τα αποτελέσματα από τις παρατηρήσεις με το Ηubble ταίριαζε με το μοντέλο του επιταχυνόμενου σύμπαντος ,ωθημένο από την ισχύ της «σκοτεινής ενέργειας».

Τι είναι η σκοτεινή ενέργεια? 

 Η απλή απάντηση είναι ότι δεν γνωρίζουμε.H ύπαρξη της φαίνεται να συγκρούεται με πολλές από τις αντιλήψεις μας για τον τρόπο που λειτουργεί το σύμπαν .

Γνωρίζουμε ότι τα φωτεινά κύματα που τα ονομάζουμε και ακτινοβολία μεταφέρουν ενέργεια.Ο καθένας αισθάνεται αυτή την ενέργεια όταν βαδίζει στην  εξοχή μια καλοκαιρινή μέρα.

Η  περίφημη εξίσωση του Αϊνστάιν E = mc²   δηλώνει ότι η ύλη και η ενέργεια είναι ισοδύναμες μορφές του ιδίου πράγματος. .H παραγωγή ενέργειας στον ήλιο είναι ένα τέτοιο παράδειγμα όπου με πυρηνικές αντιδράσει η μάζα μετατρέπεται σε ενέργεια

Kάτι από το τίποτα

Γνωρίζουμε λοιπόν ,ότι η ενέργεια έχει πηγή την ύλη ή την ακτινοβολία.Τα αποτελέσματα της παρατήρησης στη διαστολή του σύμπαντος μας οδηγούν στην ιδέα ότι το διάστημα , ακόμα και όταν στερείται όλης της ύλης και ακτινοβολίας, έχει εναπομένουσα ενέργεια.

Η εν λόγω «ενέργεια του χώρου," όταν θεωρείται ότι είναι σε μια κοσμική κλίμακα, οδηγεί σε μια δύναμη που αυξάνει τη διαστολή του Σύμπαντος.

Ίσως σκοτεινή  ενέργεια προκείπτει από μια  παράξενη συμπεριφορά σε κλίμακες μικρότερες  από τα άτομα. Η φυσική των πολύ μικρών, που ονομάζεται κβαντομηχανική, επιτρέπει η ενέργεια και η ύλη  να εμφανίζονται από το τίποτα, αν και μόνο για  μια πολύ μικρή χρονική διάρκεια. Η συνεχής σύντομη εμφάνιση και εξαφάνιση της ύλης θα μπορούσε να παρέχει ενέργεια σε ένα  κενό χώρο.

. Θα μπορούσε η σκοτεινή ενέργεια να δημιουργεί μια νέα, θεμελιώδη δύναμη στο σύμπαν, κάτι που  θα αρχίσει να έχει αποτέλεσμα μόνο όταν το σύμπαν φθάνει σε ένα ορισμένο μέγεθος. Επιστημονικές θεωρίες επιτρέπουν  τη πιθανότητα ύπαρξης τέτοιων  δυνάμεων. Η δύναμη θα μπορούσε ακόμη και να είναι προσωρινή, με αποτέλεσμα το σύμπαν να επιταχύνει για μερικά δισεκατομμύρια χρόνια πριν αποδυναμώσει και ουσιαστικά εξαφανιστεί.Ίσως η απάπαντηση  βρίσκεται σε ένα επι μακρόν άλυτο πρόβλημα ,δηλαδή τη σύνδεση της μικρής κλίμακας Φυσικής του μικρόκοσμού με τη μεγάλης κλίμακας του μακρόκοσμου που είναι σύμπαν.Η θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν ονομαζόμενη γενική σχετικότητα ,εφαρμόζεται για να εξηγήσει από τις κινήσεις των πλανητών μέχρι τις μαύρες τρύπες ,αλλά φαίνεται να μην εφαρμόζεται στη κλίμακα των σωματιδίων που δημιουργούν το άτομο.Για την ερμηνεία ατομικών φαινομένων χρειάζεται η θεωρία της κβαντομηχανικής η οποία όμως δεν εφαρμόζεται σε κλίμακες μεγαλύτερες του μεγέθους ενός ατόμου. Η δυνατότητα  συνδυασμού των δύο θεωριών, ίσως  παράγει μια φυσική εξήγηση για τη σκοτεινή ενέργεια.

Άγνωστη και περίεργη

Το μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντος φαίνεται να αποτελείται από κάτι που  δεν μπορούμε να δούμε. Η σκοτεινή ενέργεια και σκοτεινή ύλη αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντος , είναι ανιχνεύσιμες  μόνο λόγω των αποτελεσμάτων τους στην ορατή ύλη. Μόνο το 4% του σύμπαντος είναι ορατό ,το 22% είναι σκοτεινή ύλη και το 74% σκοτεινή ενέργεια.
Γνωρίζουμε το εξής: Επειδή ο χώρος είναι παντού, αυτή η σκοτεινή δύναμη -ενέργεια είναι παντού, και τα αποτελέσματά της αυξάνουν καθώς ο χώρος διαστέλλεται. Αντίθετα, η δύναμη της βαρύτητας είναι ισχυρότερη όταν τα αντικείμενα είναι κοντά και πιο αδύναμες, όταν είναι πολύ μακριά. Επειδή η βαρύτητα  εξασθενεί με την επέκταση του χώρου, η σκοτεινή ενέργεια δημιουργεί τώρα  πάνω από 2 / 3 του συνόλου της ενέργειας στο σύμπαν.
Ακούγεται αρκετά περίεργο το γεγονός ότι δεν έχουμε ιδέα σχετικά με το 74% του σύμπαντος. Είναι σαν να έχουμε  εξερευνήσει όλη τη χερσαία έκταση για τον πλανήτη Γη και ποτέ  σε όλα τα ταξίδια μας δεν συναντήσαμε  έναν ωκεανό. Αλλά τώρα που έχουμε δει το θέαμα των κυμάτων, θέλουμε να γνωρίζουμε τι είναι αυτό το τεράστιο, παράξενο, ισχυρό πράγμα που τα δημιουργεί.
Η παραδοξότητα της σκοτεινής ενέργειας είναι συναρπαστική.
Δείχνει   ότι υπάρχει ένα κενό στη γνώση μας ότι πρέπει να συμπληρωθεί, δείχνοντας το δρόμο προς μια ανεξερεύνητη σφαίρα της φυσικής. Έχουμε μπροστά μας τις αποδείξεις ότι ο κόσμος θα μπορεί να διαμορφωθεί κατά πολύ διαφορετικό τρόπο από ό, τι φανταζόμαστε. Η σκοτεινή ενέργεια δείχνει   ότι έχουμε ακόμη πολλά να μάθουμε , και ότι είμαστε έτοιμοι για ένα άλλο μεγάλο άλμα στην κατανόησητου σύμπαντος.

* Ο όρος υπερκαινοφανείς αστέρες ή σουπερνόβα (supernova) αναφέρεται σε διάφορους τύπους εκρήξεων που συμβαίνουν στο τέλος της ζωής των αστέρων κατά τις οποίες παράγουν εξαιρετικά φωτεινά αντικείμενα και των οποίων η αρχική φωτεινότητά τους στη συνέχεια αδυνατίζει μέχρι του σημείου της αφάνειας μέσα σε λίγους μήνες.
Πηγή: NASA