Potraga za tamnom tvari i što smo pronašli do sada

Otprilike 85 posto mase svemira je "tamna tvar" -- tajnoviti materijal koji se ne može direktno promatrati, ali ima ogroman utjecaj na svemir. Što je točno ova čudna stvar i u kakvoj je vezi s našim postojanjem? Astrofizičarka Risa Wechsler istražuje zašto bi tamna tvar mogla biti ključ za razumijevanje kako se formirao svemir; i objašnjava kako fizičari u labaratorijima diljem svijeta smišljaju kreativne načine za njezino proučavanje.

Razmišljate li ikada što bi se dogodilo

kada bi svijet bio malo drugačiji?

Kako bi vaš život bio drugačiji

da ste rođeni 5 000 godina od sada

umjesto danas?

Kako bi povijest bila drugačija

kada bi kontinenti bili
na različitim paralelama

ili kako bi se razvio život u
Sunčevom sustavu

da je Sunce 10 posto veće.

Pa, igranje ovim mogućnostima

je ono što ja radim za život,

samo uključujući cijeli svemir.

Pravim modele svemira na računalu.

Digitalni svemiri koji imaju različite
polazne točke

i koji su napravljeni od
različitih količina različitog materijala.

I onda usporedim ove svemire s našim

kako bih vidjela od čega je napravljen
i kako se razvijao.

Ovaj proces testiranja modela
s mjerenjima neba

nas je naučio mnogo o svemiru do sada.

Jedna od najčudnijih stvari koju
smo naučili

je kako je većina materijala u svemiru

napravljena od nečeg potpuno drugačijeg
nego mi sami.

Ali bez toga

svemir kakvog poznajemo ne bi postojao.

Sve što vidimo teleskopima

zauzima jedva oko 15 posto cjelokupne
mase u svemiru.

Sve ostalo, 85 posto toga,

ne emitira ili ne apsorbira svjetlost.

Ne možemo je vidjeti očima,

ne možemo je detektirati radio valovima,

mikrovalovima ili bilo kojom svjetlošću.

Ali znamo da je tamo

zbog utjecaja koji ima na ono
što možemo vidjeti.

Otprilike je kao

kada biste htjeli zabilježiti površinu
našeg planeta

i sve na njemu

koristeći ovu sliku Zemlje
iz svemira po noći.

Dobijete neke tragove tamo gdje
se svjetlost nalazi,

ali mnogo toga ne možete vidjeti,

od ljudi pa sve do planinskih lanaca.

I morate zaključiti što se tamo nalazi
uz pomoć ovih ograničenih tragova.

Ovu nevidljivu stvar nazivamo
"tamna tvar".

E sada, puno ljudi je čulo za tamnu tvar,

ali čak i ako ste čuli za nju,

vjerojatno vam se čini apstraktnom,

dalekom, čak i nevažnom.

Pa, zanimljiva stvar je

da je tamna stvar svuda oko nas,

vjerojatno i baš ovdje.

Zapravo, čestice tamne tvari

vjerojatno upravo prolaze kroz vaše tijelo

dok sjedite u ovoj prostoriji.

Zato što smo na Zemlji

a Zemlja se okreće oko Sunca,

a Sunce juri kroz našu galaksiju

brzinom od oko 800 000 kilometara na sat.

Ali tamna tvar se ne sudara s nama,

samo prođe direktno kroz nas.

Stoga, kako da otkrijemo više o ovome?

Što je ona

i kakve veze ima s našim postojanjem?

Pa, kako bismo shvatili kako smo nastali,

prvo trebamo razumjeti kako je nastala
naša galaksija.

Ovo je slika naše galaksije,
Mliječnog puta, danas.

Kako je izgledala prije 10 milijardi

ili kako će izgledati za
10 milijardi godina?

Što je s pričama

o stotinama milijuna ostalih galaksija

koje smo već zabilježili uz pomoć
brojnih promatranja neba?

Koliko bi njihove povijesti bile drugačije

da je svemir napravljen od nečeg drugog

ili da je u njemu manje ili više tvari?

Zanimljivost u vezi s ovim
modelima svemira je ta

da nam omogućuju testirati
ove mogućnosti.

Vratimo se unazad do prvog
trenutka u svemiru --

samo jedan djelić sekunde poslije
Velikog praska.

U ovom prvom trenutku

tvar uopće nije postojala.

Svemir se ubrzano širio.

A kvantna mehanika nam govori

kako se tvar stvara i uništava

cijelo vrijeme i u svakom trenutku.

U to vrijeme svemir se toliko
ubrzano širio

da se tvar koja je nastajala
nije mogla uništiti.

I zato mislimo kako je sva tvar nastala
u tom vremenu.

Oboje, i tamna tvar

i normalna tvar od koje
smo napravljeni i vi i ja.

A sada, krenimo malo dalje

u vrijeme nakon nastanka tvari,

nakon što su se formirali
protoni i neutroni,

nakon nastanka vodika,

otprilike 400 000 godina poslije
Velikog praska.

Svemir je bio vruć i gust i veoma gladak

ali ne potpuno gladak.

Ova slika, napravljena svemirskim
teleskopom nazvanim satelit Planck,

nam pokazuje temperaturu svemira

u svim smjerovima.

I ono što vidimo

je da su postojala mjesta
koja su bila vruća

i gušća od ostalih.

Točke na ovoj slici

predstavljaju mjesta gdje je bilo više
ili manje mase u ranom svemiru.

Te točke su se povećale zbog gravitacije.

Svemir se širio i postajao sveukupno rjeđi

tijekom posljednjih 13,8 milijardi godina.

Ali je gravitacija bila jaka u
onim točkama

gdje je bilo malo više mase

i uvlačila je sve više i više mase
u te dijelove.

E sada, sve ovo je malo teško za
zamisliti,

zato ću vam jednostavno pokazati
o čemu govorim.

Kompjutorski modeli koje sam spomenula
nam omogućuju testirati ove ideje

pa pogledajmo jednu od njih.

Ovaj film, koji je napravila moja
istraživačka grupa

nam pokazuje što se dogodilo sa svemirom
nakon njegovih prvih trenutaka.

Vidite kako je svemir krenuo kao
prilično miran,

ali su postojali neki dijelovi

gdje je bilo nešto više materijala.

Gravitacija se aktivirala i privukla
sve više i više mase

u te točke koje su imale malo više mase u
samom početku.

Tijekom vremena,

dobijete dovoljno stvari na jednom mjestu

da se vodik

koji je u početku bio pomiješan s
tamnom tvari,

počne odvajati od nje,

hladiti, stvarati zvijezde,

i dobijete malu galaksiju.

Tijekom vremena, tijekom milijardi i
milijardi godina,

te male galaksije se sudaraju

i stapaju i rastu te postaju veće
galaksije,

kao naša galaksija, Mliječni put.

E sada, što se događa ako nemate
tamnu tvar?

Ako nema tamne tvari,

te točke nikada ne postanu
dovoljno velike.

Ispada kako treba barem milijun puta
mase Sunca

na jednom gustom dijelu

prije nego se počnu formirati zvijezde.

A bez tamne tvari

nikada ne dobijete dovoljno tvari na
jednom mjestu.

Ovdje gledamo dva svemira
jedan pokraj drugoga.

U jednom vidite

kako se stvari brzo grupiraju.

U takvom svemiru

se galaksije lako formiraju.

U drugom svemiru

stvari koje počnu kao male grude,

jednostavno ostanu jako male.

Ne dogodi se puno toga.

U tom svemiru ne biste dobili
našu galaksiju.

Ili bilo koju drugu galaksiju.

Ne biste dobili Mliječni put,

ne biste dobili Sunce,

ne biste dobili nas.

Jednostavno ne bismo mogli postojati
u tom svemiru.

Dakle, ova luda stvar, tamna tvar,

je većina mase u svemiru,

prolazi kroz nas upravo sada;
ne bismo bili tu bez nje.

Što je ona?

Zapravo, nemamo pojma.

(Smijeh)

Ali imamo puno hipoteza

i puno ideja kako saznati više.

Većina fizičara misli
kako je tamna tvar čestica,

u mnogočemu slična subatomskim česticama
koje poznajemo,

kao što su protoni, neutroni i elektroni.

Što god da je,

ponaša se veoma slično
u odnosu s gravitacijom.

Ali ne emitira i ne apsorbira svjetlost

i prolazi direktno kroz normalnu tvar

kao da ni ne postoji.

Htjeli bismo saznati koja je to čestica.

Na primjer, koliko je teška?

Ili, događa li se išta ako dođe u
interakciju s normalnom tvari?

Fizičari imaju mnogo odličnih ideja
što bi ona mogla biti;

sve su veoma kreativne.

Ali je jako teško

zato što te ideje imaju veliki raspon.

Mogla bi biti mala kao najmanja
subatomska čestica,

ili bi mogla biti velika kao masa od
100 Sunaca.

Dakle, kako zaključiti što je?

Pa, fizičari i astronomi

imaju mnogo načina za traženje
tamne tvari.

Jedna od stvari koju radimo je da
gradimo osjetljive detektore

u dubokim podzemnim rudnicima

čekajući mogućnost

da se čestica tamne tvari,
koja prolazi kroz nas i Zemlju,

sudari s gušćim materijalom

i ostavi za sobom nekakav trag prolaska.

Tražimo tamnu tvar na nebu,

mogućnost da bi se čestice tamne tvari

mogle sudariti jedna s drugom

i stvoriti visokoenergetsku svjetlost
koju bismo mogli vidjeti

uz pomoć specijalnih teleskopa
s gama zrakama.

Čak nastojimo i napraviti tamnu tvar
ovdje na Zemlji

tako da sudaramo čestice
i promatramo što se događa,

upotrebljavajući Veliki hadronski
sudarivač u Švicarskoj.

Do sada

su nas ovi eksperimenti naučili mnogo

o onome što tamna tvar nije

(Smijeh)

ali još ne o onome što ona jest.

Bilo je mnogo dobrih ideja gdje bi
se tamna tvar mogla vidjeti

koju bi ovi eksperimenti mogli pronaći.

Ali je još nisu pronašli,

tako da trebamo dalje tražiti
i više razmišljati.

A sada, drugi način kako saznati
što je tamna tvar

je proučavati galaksije.

Već smo pričali o tome

kako naša galaksija i mnogo ostalih
ne bi uopće bile ovdje

da nema tamne tvari.

Ti modeli također predviđaju

mnoge druge stvari o galaksijama:

Kako su raspodijeljene po svemiru,

kako se kreću,

kako se razvijaju tijekom vremena.

A mi možemo testirati ta predviđanja
uz pomoć promatranja neba.

Dat ću vam dva primjera

ovakvog tipa mjerenja koja možemo
napraviti na galaksijama.

Prvi je da možemo napraviti
karte svemira s galaksijama.

Dio sam istraživanja koje se zove
Istraživanje tamne energije

koje je napravilo
najveću kartu svemira do sada.

Izmjerili smo položaje i oblike
100 milijuna galaksija

unutar jedne osmine neba.

Ova karta nam pokazuje svu tvar
u ovom dijelu neba,

što je zaključeno na temelju svjetla
iskrivljenog tim 100 milijuna galaksija.

Svjetlošću iskrivljenom svom tvari

koja je bila između tih galaksija i nas.

Gravitacija tvari je dovoljno jaka
da savije putanju svjetlosti.

I to nam daje ovu sliku.

Tako da ove vrste karata

nam mogu reći koliko tamne tvari postoji,

također nam pokazuju gdje se nalazi

i kako se mijenja tijekom vremena.

Tako da nastojimo naučiti od čega je
sastavljen svemir

veoma opsežno.

Ispada kako najmanje galaksije u svemiru

daju najbolje tragove.

Zašto je to tako?

Evo dva primjera simuliranih svemira

s dvije različite vrste tamne tvari.

Obje ove slike pokazuju dio

oko galaksije kao što je Mliječni put.

I možete vidjeti kako je
mnogo materijala oko nje,

kao male grude.

A sada, na slici desno

čestice tamne tvari se kreću sporije
nego na onoj s lijeve strane.

Ako se te čestice tamne tvari
kreću jako brzo,

onda gravitacija u malim grudama
nije dovoljno jaka

da uspori te čestice.

I one se i dalje kreću.

Nikada se ne sudaraju s tim malim grudama.

Tako da završite s manje njih nego
u svemiru s desne strane.

Ako nema tih malih gruda,

onda dobijete manje malih galaksija.

Ako pogledate prema južnom nebu,

zapravo možete vidjeti dvije od ovih
malih galaksija,

najveće od malih galaksija koje kruže
oko naše Mliječne staze,

Veliki Magellanov oblak i
Mali Magellanov oblak.

U zadnjih nekoliko godina

otkrili smo mnogo još manjih galaksija.

Ovo je primjer jedne

koju smo otkrili istim istraživanjem
tamne energije

koje smo koristili kako bismo napravili
karte svemira.

Ove zaista male galaksije,

neke od njih su stvarno jako male.

Neke od njih imaju svega nekoliko
stotina zvijezda,

u usporedbi s nekoliko stotina milijardi
koje ima Mlliječni put.

Zbog toga ih je teško pronaći.

Ali u posljednjih deset godina

smo pronašli mnogo više takvih.

Sada znamo za 60
ovih minijaturnih galaksija

koje kruže oko našeg Mliječnog puta.

I ovi malci su veliki korak prema
tamnoj tvari.

Zato što nam samo postojanje
ovih galaksija govori

da se tamna tvar ne može brzo kretati

i ne može se mnogo toga dogoditi kada
se sudari s normalnom tvari.

U sljedećih nekoliko godina

napravit ćemo puno preciznije
karte svemira.

I one će nam pomoći da usavršimo
naše filmove

cijelog svemira i cijele galaksije.

Fizičari također prave nove,
osjetljivije eksperimente

kako bi uhvatili neki znak tamne tvari
u svojim laboratorijima.

Tamna tvar je i dalje velika zagonetka.

Ali je jako uzbudljivo vrijeme
za raditi na tome.

Imamo jasne dokaze da ona postoji.

Od veličine najmanjih galaksije

do veličine cijelog svemira.

Hoćemo li je zaista pronaći
i shvatiti što je?

Ne znam.

Ali će biti jako zabavno saznati.

Imamo mnogo mogućnosti
kako bismo je otkrili

i sigurno ćemo naučiti
više o tome što radi

i o tome što ne radi.

Bez obzira na to nađemo li česticu uskoro,

nadam se da sam vas uvjerila

kako je ova zagonetka blizu otkrivanja.

Potraga za tamnom tvari

bi mogla biti ključ novog shvaćanja fizike

i našeg mjesta u svemiru.

Hvala.

(Pljesak)