Scientia

Pare că Universul este dominat de o formă de energie, numită energie neagră, care are efecte asemănătoare cu cele ale unei forţe antigravitaţionale. Această energie neagră face ca expansiunea Universului să accelereze. Ce este această fantomă care bântuie prin Univers?

Vă prezentăm pe scurt acest capitol al fizicii moderne care reprezintă unul dintre cele mai mari mistere actuale.


De la materia neagră la energia neagră

Am prezentat în articole precedente (aici şi aici) faţa ascunsă a Universului, şi anume cea reprezentată de materia neagră ("dark matter"): această formă de materie care, prin efectele gravitaţionale pe care le exercită, are o contribuţie determinantă în dinamica şi evoluţia Universului. Am văzut şi câteva din experimentele care vânează această materie neagră.

Există însă în Univers o prezenţă şi mai misterioasă, dacă putem spune aşa, şi anume energia neagră ("dark energy"), o formă de energie care are un efect asemănător cu cel al unei forţe antigravitaţionale. Ba mai mult, la nivelul întregului Univers, această formă de energie pare să fie dominantă, reprezentând mai bine de 70% din totalul de energie. Ar putea determina inclusiv soarta finală a  întregului Univers.

Leonard Susskind vorbeşte despre materia neagră şi energia neagră
Videoclipul complet este disponibil la această adresă.

Descoperirea expansiunii Universului

Universul este într-adevăr un loc bizar şi, mai în glumă sau mai în serios, se spune că Natura are mai multă „imaginaţie” decât noi oamenii (ceea ce nu e surprinzător, având în vedere faptul că noi, oamenii, suntem produşii naturii). Cazul pe care îl vom prezenta, al aşa-zisei energii negre, este o dovadă în această direcţie.

Soarta şi evoluţia Universului au fascinat dintotdeauna omul – astfel s-au născut legendele şi miturile care „explicau” naşterea Cosmosului şi evoluţia acestuia. Însă, de când avem acces la instrumente care ne permit să scrutăm Universul, lunete şi telescoape din ce în ce mai sofisticate, am ajuns să înţelegem mai bine locul nostru în Sistemul Solar şi în galaxia noastră. Am ajuns să vedem galaxii apropiate şi galaxii din ce în ce mai îndepărtate – chiar galaxii care se află la incredibila distanţă de mai bine de 10 miliarde de ani lumină. Anul lumină este, în astronomie şi astrofizică, unitatea de măsură cea mai convenabilă, reprezentând distanţa pe care o străbate lumina într-un an; de amintit că viteza luminii este de circa 300.000 km/s. În această unitate de măsură distanţa la care se află Soarele este de circa 8 minute lumină, iar Luna de circa o secundă lumină.

Nu mică a fost surpriza - în anii ’20 ai secolului trecut - generată de descoperirea făcută de Edwin Hubble, cu ajutorul telescopului de la Mount Wilson Observatory, că Universul este în expansiune, adică faptul că toate galaxiile se îndepărtează una faţă de alta cu o viteză care depinde de distanţă: cu cât distanţa faţa de noi este mai mare, cu atât mai repede se îndepărtează obiectele respective (ceea ce nu înseamnă însă că noi am avea un loc privilegiat în Univers, expansiunea Universului este valabilă „pretutindeni”, un eventual extraterestru din altă galaxie ar vedea aceeaşi situaţie).

După analiza datelor, în limbaj tehnic a „deplasării spre roşu” a luminii cefeidelor pe care Hubble le-a studiat, s-a ajuns la concluzia că viteza de îndepărtare a obiectelor astronomice faţă de noi depinde direct proporţional de distanţă, constanta de proporţionalitate fiind denumită constanta lui Hubble (v = H x d).

Surpriză: expansiunea accelerată şi... energia neagră

De la descoperirea lui Hubble până în zilele noastre tehnica experimentală s-a perfecţionat şi astronomii au fost în stare să verifice legea lui Hubble pentru distanţe mult mai mari decât la început.

Astfel, în 1998, grupul High-z Supernova Search Team a publicat rezultatele măsurătorilor de Supernove de tip Ia (stele masive aflate în ultima fază a vieţii lor, care generează o explozie extrem de violentă; sunt foarte bine cunoscute şi ca atare folosite ca standarde pentru măsurarea distanţelor în Univers) îndepărtate. Aceste măsurători dădeau un rezultat surprinzător. Legea lui Hubble nu este chiar corectă: „constanta lui Hubble” (H din formulă) nu este...constantă! Expansiunea Universului este din ce în ce mai rapidă, adică accelerată. De atunci, alte măsurători, cum ar fi Supernova Cosmology Project, au confirmat această expansiune accelerată a Universului.

Ce ar putea duce la o expansiune accelerată a Universului? Nu poate fi o formă stranie de materie, deoarece materia are efecte gravitaţionale, iar forţa gravitaţională fiind doar de tip atractiv cel mult ar fi încetinit expansiunea Universului. Este momentul în care a luat naştere termenul de „energie neagră”, tocmai pentru a o deosebi de „materia neagră” care are efecte gravitaţionale de tip atractiv, şi de care am vorbit în articolele precedente.

La ora actuală „energia neagră” este unul dintre misterele cele mai profunde în fizică: ce ar putea fi această energia neagră? Ceea ce se crede, din calculele făcute de fizicieni, este că această formă de energie reprezintă mai bine de 70% de energia din Univers.

Energia neagră şi soarta Universului

Este energia neagră constantă în evoluţia Universului sau are valori care depind de „epoca” în care ne aflăm? La ora actuală există doar ipoteze ... Evident că răspunsul la această întrebare este extrem de important, deoarece ne poate da o indicaţie despre soarta finală a Universului: o expansiune din ce în ce mai rapidă, care va dura la infinit, sau o eventuală încetinire a acesteia, urmată de o contracţie a Universului, un aşa-numit Big Crunch (opusul Big Bangului)?

Ne oprim aici cu scurta introducere a materiei negre. Vom prezenta în articolele următoare câteva idei legate de eventuala natură a energiei negre, precum şi idei alternative, care explică datele experimentale fără a avea nevoie să introducă energia neagră... cu ce preţ însă? Vom vedea.

Autoarea mulţumeşte pentru colaborare dnei Diana Sirghi.