10 największych zagadek Wszechświata

Kosmos, ostateczna granica. W tych słowach otwierających każdy odcinek serialu „Star Trek” jest sporo racji. Przez ostatnie dekady postęp technologiczny i intelektualny ludzkości sprawił, że otaczająca nas rzeczywistość została rzetelnie opisana, a mechanizm jej funkcjonowania wyjaśniony. Ale czy na pewno? Wszechświat wciąż kryje mnóstwo tajemnic, które próbują rozwiązać najtęższe umysły na świecie. Oto 10 największych.

Rok 1609 był niezwykły dla astronomii. To właśnie wtedy Galileusz skierował w gwiazdy swój pierwszy teleskop, dzięki któremu zaobserwował kratery na Księżycu, a wkrótce potem księżyce Jowisza. W tym samym czasie Johannes Kepler opublikował dzieło „Astronomia nova”, w którym zawarł dwa pierwsze twierdzenia na temat orbit planet. Powszechnie uważa się, że właśnie tak narodziła się dziedzina nauki zajmująca się patrzeniem w niebo – astronomia.

Dzisiaj astronomia to tylko punkt wyjścia. Ogromne zainteresowanie naturą Wszechświata sprawiło, że z astronomii wyłoniły się bardziej egzotyczne specjalizacje: astrofizyka, astrochemia, kosmologia, selenologia, ksenobiologia – to tylko te najpopularniejsze. Wszystko to jest potwierdzeniem, że kosmos nadal zadziwia ludzkość i nie brakuje śmiałków, którzy chcą rozwiązywać jego tajemnice. Mimo, iż swobodnie można by wymienić i ich 100, to poniżej znajdziecie 10 największych zagadek Wszechświata, z którym starają się uporać uczeni.

Jak powstał?

To chyba największa tajemnica Wszechświata, bo wraz z nią łączą się praktycznie wszystkie inne zagadki. Najpopularniejszą i najczęściej przytaczaną teorią dotyczącą początków naszego Uniwersum (słowo „naszego” jest tu nieprzypadkowe, zwłaszcza gdy myślimy o wszechświatach równoległych) jest hipoteza Wielkiego Wybuchu. Zdarzenie to miało miejsce ok. 14 mld lat temu. Z bardzo gorącej i gęstej osobliwości początkowej wyłonił się Wszechświat (przestrzeń, czas, materia, energia i oddziaływania). Teoria opiera się na obserwacjach wskazujących na rozszerzanie się przestrzeni zgodnie z tzw. metryką Friedmana-Lemaitre’a-Robertsona-Walkera. Astrofizycy coraz bardziej skłaniają się ku hipotezie mówiącej, że Wielki Wybuch był skutkiem otworzenia się białej dziury, czyli przeciwieństwa czarnej dziury, z której materia jest uwalniana, a nie wsysana. Tych tajemnic prawdopodobnie nigdy w pełni nie rozwiążemy.

Jak skończy?

Wraz z narodzinami Wszechświata jest związana jego śmierć. Mimo, iż do zdarzenia tego dojdzie, gdy nie będzie już żadnego człowieka – ani na Ziemi, ani w całej galaktyce – to naukowcy mają ciekawe koncepcje na ten temat. Wielu uczonych jest przekonanych o cykliczności wszechświatów i obliczyli oni, że przeciętnie każdy z nich istnieje od 50 mld do 10 bln lat. Zgodnie z taką teorią, Wielki Wybuch nie był wcale „Wielkim Początkiem”, ale jednym z nieskończenie wielu zdarzeń rozpoczynających kolejne cykle ewolucji kosmosu. Nie wiadomo ile dokładnie zostało czasu naszemu Wszechświatowi. Najczęściej przewija się liczba 100 mld lat, choć są i tacy, którzy wieszczą jego koniec za 5 mld lat. Co potem? Najprawdopodobniej dojdzie do Wielkiego Kolapsu, czyli przeciwieństwa Wielkiego Wybuchu. Galaktyki zbliżą się do siebie, a następnie ulegną scaleniu, a gwiazdy będą na siebie wpadać. Wszechświat zapadnie się do środka. Taki scenariusz zakłada powrót do punktu wyjścia. W pewnym momencie struktura ta na nowo wybuchnie, tworząc nowy Wszechświat.

Czy istnieją wszechświaty równoległe?

Ta zagadka jest powiązana z poprzednimi (dotyczącymi początku i końca naszego Wszechświata) i przez wielu nowoczesnych astronomów jest uznawana za rozwiązaną. Istnienie ciemnej materii, ciemnej energii i białych dziur wręcz narzuca istnienie wszechświatów równoległych. Istnienie wszechświatów równoległych rozwiązuje wiele problemów fizyki. Co ciekawe, tylko istnienie ogromnej liczby oddziałujących ze sobą wszechświatów równoległych wyjaśnia często sprzeczne ze sobą zjawiska kwantowe. Naukowcy z Griffiths University opracowali nawet teorię, która zakłada możliwość doświadczalnego sprawdzenia istnienia światów równoległych. Prawdopodobnie w najbliższej przyszłości dowiemy się na ten temat więcej.

Jak ochronić się przed zabójczymi asteroidami?

Trudno ochronić się przed zagrożeniem, którego się nie zna. Dlatego naukowcy starają się zgłębić tajemnice samotnych asteroid przemierzających Wszechświat. Problem kosmicznych głazów zainteresował przedstawicieli rządów i światowe media po spektakularnym uderzeniu komety Shoemaker-Levy w Jowisza w 1994 r. Przeróżne instytuty badawcze wyszukują ciała niebieskie znajdujące się na kursie kolizyjnym z Ziemią. Powszechnie uważa się, że jesteśmy w stanie wykryć 90% takich obiektów, które mierzą ponad 140 m średnicy. Obecnie monitoruje się ponad 4000 takich asteroid, ale codziennie przybywają nowe, które mogą stanowić zagrożenie dla naszej planety. Co zrobić, gdy podobnie jak w filmie „Armageddon” jedna z takich asteroid znajdzie się na kursie kolizyjnym z Ziemią, a jej uderzenie będzie stanowiło zagrożenie dla wszelkiego życia? Jeden z pomysłów zakłada wysłanie gigantycznego statku, który przeleci obok asteroidy i dzięki swojej grawitacji zmieni kurs niebezpiecznego obiektu. Inne pomysły są jeszcze w powijakach.

Jak powstał Księżyc?

Mimo wielu misji badawczych, jedyny naturalny satelita Ziemi wciąż nie został jeszcze w pełni odkryty. Naukowcy nie są pewni jak powstał, dlaczego ma rzadką atmosferę i jakie minerały skrywają się w księżycowym pyle. Najpopularniejsza teoria powstania Księżyca sugeruje, że jest on wynikiem zderzenia dużego ciała niebieskiego z Ziemią, w wyniku którego na orbitę okołoziemską została wyniesiona materia, która uformowała Księżyc. Jeżeli jest to prawdą, to badanie Księżyca może nam wiele powiedzieć o Ziemi. Naturalnego satelitę Ziemi w najbliższych latach będą badać gruntownie reprezentanci niemal wszystkich ziemskich kontynentów. Mimo ogromnego zainteresowania misjami na Marsa, Księżyc wciąż pozostaje obiektem badań astronomów.

Czy istnieją planety, na których wykształciło się życie?

To tak naprawdę już nie jest tajemnica, bo istnienie planet pozasłonecznych, na których mogło rozwinąć się życie jest pewne. Pytanie tylko – czy na którejś ze znanych nam kandydatek faktycznie życie się pojawiło? Według strony PlanetQuest, na której zbierane są dane o odkrytych egzoplanetach, obecnie ludzkość zna 5007 takich obiektów (1822 to potwierdzone egzoplanety, a 3185 to kandydatki). Większość nowo odkrywanych obiektów to gazowe giganty albo obiekty znajdujące się tak blisko gwiazd, że o żadnym życiu na ich powierzchni nie może być mowy. Ale co jakiś czas w mediach pojawiają się doniesienia o Superziemiach, czyli planetach podobnych do Ziemi, na których panują warunki sprzyjające rozwinięciu się życia. Do tej pory astronomowie odkryli ich zaledwie kilkanaście, ale kolejne lata przyniosą zapewne następne odkrycia.

Czy istnieją inteligentne cywilizacje pozaziemskie?

Poeci powiedzą, że Wszechświat byłby bardzo smutnym miejscem, gdyby jedyne inteligentne formy życia zamieszkiwały planetę o nazwie Ziemia. Naukowcy od lat starają się opracować skuteczne metody komunikacji z inteligentnymi cywilizacjami pozaziemskimi, jeżeli te faktycznie istnieją. Naukowcy zaangażowani w program SETI są przekonani, że sama tylko Droga Mleczna musi być domem setki inteligentnych cywilizacji, które z jakichś powodów nie chcą lub nie mogą skontaktować się ze sobą. Prawdopodobnie zagadka inteligentnych kosmitów nie zostanie rozwiązana tak długo, aż nie dostaniemy konkretnej wiadomości zakodowanej w sygnale radiowym lub promieniu światła. Prawda jest gdzieś tam…

Czym jest grawitacja?

Grawitacja to spoiwo Wszechświata. Jest jednym z czterech oddziaływań podstawowych, polegającym na tym, że wszystkie obiekty posiadające masę oddziałują na siebie wzajemnie się przyciągając. Grawitacja jest określona prawem powszechnego ciążenia sformułowanym przez Newtona, ale jej pełny mechanizm działania opisuje ogólna teoria względności Einsteina. Zgodnie z jej treścią, oddziaływanie grawitacyjne jest skutkiem zakrzywienia czasoprzestrzeni przez różne formy materii. Jeżeli to założenie jest prawdziwe, to obok światła, fale grawitacyjne byłyby jedynymi obiektami zdolnymi do przekroczenia prędkości światła. Do tej pory jednak w żaden sposób nie udało się udowodnić istnienia wspomnianych fali grawitacyjnych. Tajemnice grawitacji naukowcom ma pomór rozwiązać LISA, detektor grawitacji tworzony wspólnie przez NASA i ESA. Start projektu jest planowany najwcześniej na rok 2020.

Czym jest ciemna materia i ciemna energia?

Obserwowalna materia to zjawisko marginalne – stanowi ona ok. 5% Wszechświata. Blisko 27% stanowi ciemna materia, a dominuje z niemal 69% ciemna energia. Czym są te „ciemne” przeciwieństwa widzialnej materii? Według obecnego stanu wiedzy ciemna materia składa się z egzotycznych cząstek elementarnych, które diametralnie różnią się od budulców zwykłej materii. Nie mają ładunki elektrycznego, nie pochłaniają i nie emitują promieniowania. Ale mają masę, a zatem dotyczą ich efekty grawitacyjne. To jedyny sposób, by je wychwycić. Potwierdzenie istnienia ciemnej materii to jedno z głównych celów postawionych przed Wielkim Zderzaczem Hadronów, który w tym roku zostanie ponownie uruchomiony. Ciemna energia to natomiast niezwykła siła, która sprawia, że Wszechświat się rozszerza. Póki co, astronomowie i fizycy nie mają pojęcia czym tak naprawdę jest ciemna energia.

Jak działają czarne dziury?

Czarne dziury to obiekty powszechnie występujące we Wszechświecie. Są niezwykłe, bo nic nie jest w stanie uciec z ich wnętrza – nawet światło. Naukowcy wiedzą, że każda galaktyka ma w swoim centrum czarną dziurę, niejednokrotnie ważącą miliardy razy więcej od Słońca. Zaobserwowano związek z masywnością czarnej dziury i intensywnością gwiazd w jej okolicy. Co ciekawe, łączna masa wszystkich obecnych w galaktyce gwiazd wielokrotnie przewyższa masę czarnej dziury, ale i tak grawitacyjnie w żaden sposób na nią nie wpływa. Dlaczego? To jedno z pytań, na które astrofizycy starają się znaleźć odpowiedzi. Inną zagadką do rozwiązania dla nich jest odkrycie, co tak naprawdę dzieje się we wnętrzu czarnej dziury. Działanie czarnych dziur prawdopodobnie może rozwikłać tylko teoria kwantowej grawitacji, która łączy fizykę kwantową i teorię względności. Zgodnie z nią, masa czarnej dziury nie jest skupiona w jednym punkcie, a rozłożona na małym obszarze. Więcej na ten temat już wkrótce przeczytacie na łamach gizManiaKa.