Dengan semua keajaiban teknologi yang kita miliki saat ini, tergoda untuk berpikir bahwa kita memiliki semua jawaban. Namun, realitas situasi jauh berbeda: banyak pertanyaan mendasar tentang sifat alam semesta masih belum terjawab. Inilah hal -hal yang membuat para ahli kosmologi tetap terjaga di malam hari.
Materi Gelap: Galaksi itu aneh
Kita semua terbiasa dengan fakta bahwa gravitasi menyatukan segala sesuatu – itu adalah gravitasi yang membuat Anda terikat ke bumi, bulan yang mengorbit bumi, dan bumi yang mengorbit Matahari. Kami memahami interaksi antara massa dan gravitasi secara intuitif.
Sayangnya untuk para astronom, ada sesuatu yang aneh tentang gravitasi galaksi.
Sama seperti bagaimana gravitasi menjaga bumi di orbit di sekitar matahari, gravitasi juga membuat bintang -bintang di galaksi mengorbit pusat galaksi. Menggunakan campuran pengamatan dan teori, para astronom dapat memperkirakan seberapa banyak massa yang mengandung galaksi dan dapat memperkirakan kekuatan gravitasi yang diberikan pada bintang -bintang.
Masalahnya muncul ketika Anda mulai melihat seberapa cepat bintang orbit dalam galaksi. Seperti planet -planet di tata surya kami, Anda akan mengharapkan bintang di tepi luar galaksi untuk mengorbit lebih lambat daripada yang menuju pusat galaksi. Namun, bukan itu yang dilihat oleh para ilmuwan. Sebaliknya, bintang orbit dengan kecepatan yang sama terlepas dari jaraknya dari pusat galaksi. Anda mungkin melihat ini disebut sebagai “masalah rotasi galaksi.”
Mengingat gerakan bintang -bintang, para ilmuwan menyimpulkan harus ada masalah tambahan yang tidak dapat kita lihat didistribusikan ke seluruh galaksi.
Para ilmuwan telah menjuluki materi tambahan yang tidak terlihat ini “materi gelap,” dan telah berburu petunjuk untuk menjelaskannya sejak pertama kali diprediksi. Tidak ada yang tahu secara meyakinkan apa itu materi gelap, tetapi penjelasan yang paling populer adalah bahwa materi gelap terdiri dari partikel-partikel besar (relatif besar terhadap proton dan neutron) yang berinteraksi dengan lemah, atau singkatnya. Sayangnya, menurut definisi, partikel yang berinteraksi lemah sangat sulit untuk diamati secara langsung.
Bethany Baldwin-Pulcini dan Steven Hyatt dari UC Davis membangun aplikasi web praktis yang memungkinkan Anda menjelajahi hubungan antara massa lubang hitam galaksi, jumlah materi reguler, dan jumlah materi gelap pada kecepatan bintang.
Gerakan galaksi yang aneh bukan satu -satunya bukti untuk materi gelap. Ketika cahaya melewati medan gravitasi, jalur yang ditekuk, dan tikungan menjadi lebih ekstrem saat medan gravitasi menjadi lebih kuat. Saat melihat kelompok galaksi, yang memiliki massa yang tidak dapat dipercaya, Anda benar -benar dapat melihat gravitasi membungkuk.
Para ilmuwan telah menghitung berapa banyak cahaya sebaiknya Tekuk berdasarkan jumlah materi yang bisa kita lihat, dan mereka menemukan bahwa cahaya menekuk lebih dari yang diharapkan. Medan gravitasi yang tak terduga kuat bahkan lebih banyak bukti bahwa ada banyak materi di alam semesta yang tidak terlihat oleh kita.
Menurut NASA, sebanyak 85% dari total materi alam semesta sebenarnya adalah materi gelap.
Tension Hubble: Kami tidak bisa setuju seberapa cepat alam semesta berkembang
Pada tahun 1929 ilmuwan Edwin Hubble menemukan sesuatu yang luar biasa: alam semesta berkembang. Pada saat itu, itu revolusioner – bahkan Einstein awalnya salah. Pada 1990 -an, segalanya menjadi lebih aneh. Tidak hanya alam semesta berkembang, tetapi tingkat ekspansi sebenarnya meningkat, kemungkinan karena pengaruh misterius dari beberapa “energi gelap.”
Sejak itu, para ilmuwan telah berniat menghitung seberapa cepat alam semesta berkembang menggunakan instrumen seperti Teleskop Luar Angkasa Hubble, Teleskop Luar Angkasa James Webb, dan Planck.
Untuk melakukan itu, mereka menggunakan “lilin standar,” yang merupakan objek yang luminositasnya dipahami dengan baik. Kedengarannya rumit, tetapi tidak terlalu eksotis seperti yang Anda kira. Jika Anda tahu berapa banyak cahaya yang sebenarnya diberikan, dan Anda tahu seberapa cerah itu muncul, Anda dapat mengetahui seberapa jauh itu. Dua contoh paling terkenal dari lilin standar ini adalah bintang variabel yang dipenuhi dan supernova tipe IA, yang keduanya telah dipelajari secara luas. Gambar di bawah ini menandai beberapa bintang variabel Cepheid di UGC 9391, sebuah galaksi lebih dari 130 juta tahun cahaya dari Bumi.
Di sisi lain, Anda juga dapat memeriksa hal -hal seperti Cosmic Microwave Background (CMB), yang dibuat hanya 400.000 tahun setelah Big Bang, untuk memperkirakan seberapa cepat alam semesta berkembang.
Inilah masalahnya saat Anda menghitung: Anda mendapatkan jawaban yang sangat berbeda. Tingkat ekspansi yang dihitung menggunakan “lilin standar” sekitar 9% lebih cepat dari yang Anda dapatkan jika Anda mengukurnya menggunakan latar belakang microwave kosmik. Para ilmuwan yakin mengapa perbedaan itu ada, tetapi mereka sangat yakin bahwa itu tidak menjadi masalah dengan pengukuran. Sesuatu yang lain ada di tempat kerja.
Sebuah studi yang diterbitkan dalam pemberitahuan bulanan Royal Astronomical Society menunjukkan bahwa seluruh alam semesta perlahan -lahan berputar, yang dapat menimbulkan perbedaan.
Energi Gelap: Mengapa alam semesta berkembang?
Para ilmuwan yakin bahwa alam semesta berkembang pada tingkat yang meningkat, tetapi tidak ada yang sepenuhnya yakin bagaimana atau mengapa itu terjadi.
Penjelasan utama adalah bahwa ada beberapa sumber energi yang tidak diketahui, biasanya disebut “energi gelap,” yang memicu ekspansi. Dari mana energi itu berasal juga merupakan masalah perdebatan.
Teori yang paling umum – biasanya hanya disebut “konstanta kosmologis” – adalah bahwa ruang selalu memiliki jumlah energi minimum tertentu di dalamnya, sehingga saat alam semesta mengembang, lebih banyak energi muncul secara spontan. Sayangnya, teori saat ini tidak dapat secara akurat memprediksi jumlah energi yang telah kami amati, dan jawaban akhir untuk energi gelap mungkin akan membutuhkan fisika baru untuk ditemukan.
Mengapa kita tidak bisa membiarkan ide drive warp pergi
Membuatnya begitu.
Materi vs. Antimateri: Mengapa kita ada?
Segala sesuatu yang Anda sentuh dalam kehidupan sehari-hari Anda terdiri dari materi, kadang-kadang disebut materi “baryonic”. Tapi ada masalah: itu (dan Anda) mungkin tidak boleh ada di sini.
Sama seperti ada kutub utara dan selatan pada magnet, dan terminal negatif dan positif pada baterai, materi juga memiliki kebalikan, bernama “antimateri” atau “materi anti-baryonic.”
Antimateri dan materi memiliki sifat yang sama dan berlawanan. Misalnya, ketika Anda berbicara tentang materi biasa, inti atom yang terbuat dari proton yang bermuatan positif. Dengan antimateri, nukleus memiliki muatan negatif, karena terdiri dari anti-proton yang bermuatan negatif. Kami sebenarnya dapat menghasilkan antimateri dalam jumlah kecil di laboratorium.
Jadi apa yang terjadi jika Anda menggabungkan materi dan antimateri? Mereka memusnahkan – dengan baik. Reaksi utuh materi adalah 100% efisien. Massa gabungan dari kedua materi dan antimateri dikonversi menjadi energi.
Jika materi dan antimateri telah dibuat dalam jumlah yang sama di awal alam semesta, tidak ada dari kita yang akan berada di sini hari ini – materi dan antimateri akan saling memusnahkan. Para ilmuwan telah mensurvei benda -benda di ruang angkasa yang dalam, seperti gugus peluru di bawah ini, dalam upaya untuk menemukan tanda -tanda antimateri dari awal alam semesta, dengan sedikit keberhasilan. Fakta bahwa kita di sini, dan begitu banyak alam semesta yang dapat diamati terbuat dari materi, itu aneh.
Itu sampai ke jantung misteri: mengapa ada begitu banyak masalah dan begitu sedikit anti-materi? Sejauh ini, tidak ada yang tahu.
Big Bang
Big Bang umumnya didukung oleh bukti yang telah dikumpulkan oleh para ilmuwan selama abad terakhir, tetapi masih belum ada jawaban yang baik untuk “mengapa itu terjadi?”
Satu penjelasan adalah bahwa Big Bang disebabkan oleh fluktuasi kuantum. Fisika Quantum memprediksi bahwa ruang sebenarnya tidak kosong. Sebaliknya, partikel secara spontan muncul sebelum dengan cepat dimusnahkan di semua tempat, sepanjang waktu. Mungkin alam semesta adalah hasil dari satu fluktuasi yang sangat spektakuler.
Ada juga teori -teori lain yang lebih eksotis juga. Salah satu teori tersebut, yang disebut “Kosmologi Brane,” berasal dari teori string. Idenya adalah bahwa alam semesta terdiri dari struktur besar yang disebut dedak yang ada di hingga 11 dimensi. Jika ada, diperkirakan bahwa dedak ini akan berinteraksi satu sama lain, dan kadang -kadang bahkan bertabrakan. Tabrakan semacam itu dapat menciptakan alam semesta seperti kita.
Menariknya, penjelasan ini juga memungkinkan keberadaan multiverse, di mana lebih dari satu alam semesta ada.
Sayangnya, seperti kebanyakan prediksi yang dibuat oleh teori string, saat ini kami tidak dapat menguji keberadaan dedak, dan sangat mungkin bahwa jawaban konkret akan selalu di luar jangkauan.
Tampaknya semua misteri ini dapat diselesaikan dengan cukup waktu atau kecerdikan ilmiah, tetapi kita tidak boleh menerima begitu saja. Banyak dari pertanyaan -pertanyaan ini terikat dalam peristiwa yang terjadi miliaran tahun yang lalu, dalam kondisi yang begitu ekstrem sehingga kita bahkan tidak akan mengenalinya sebagai alam semesta kita sendiri. Beberapa ide ini, terutama yang bergantung pada teori string, mungkin secara permanen berada di luar jangkauan kita. Paling tidak, kami dijamin membutuhkan fisika baru yang menarik untuk mendapatkan jawaban yang memuaskan.
