Marile întrebări din fizică şi misterele nerezolvate ale Universului

De la misterul materiei întunecate şi până la sfârșitul inevitabil al Universului, în fizică există multe întrebări la care, deocamdată, nu avem un răspuns.

Credit: Pixabay

Marile întrebări din fizică

În toate disciplinele științei există multe întrebări fără răspuns și numeroase mistere, deşi oamenii au încercat de-a lungul timpului să înțeleagă natura.

Dintre aceste discipline, fizica este cea care nu a reuşit să răspundă la o serie de întrebări fundamentale, chiar dacă unii dintre cei mai importanţi oameni de ştiinţă ai omenirii şi-au dedicat activitatea găsirii unui răspuns la aceste întrebări.

De ce există mai multă materie decât antimaterie?

Teoretic, Big Bang-ul ar fi trebuit să genereze o cantitate egală de materie şi de antimaterie în Univers. Cu toate acestea, din ceea ce putem observa în Univers, se pare că acest lucru nu s-a întâmplat.

Materia obişnuită este peste tot în jurul nostru şi în timp ce aceasta formează toate obiectele din Univers, oamenii de ştiinţă au detectat doar cantități mici de antimaterie în Univers.

Cum se poate explica această constatare? Nu ar fi trebuit ca pentru fiecare particulă de materie să existe o particulă de antimaterie?

Poate că legile Universului și ale fizicii nu se aplică antimateriei în același mod precum în cazul materiei. Dacă această ipoteză este adevărată, atunci oamenii de știință trebuie să înţeleagă de ce se întâmplă acest lucru și care sunt consecinţele pentru Univers.

Ce este energia întunecată şi materia întunecată?

Oamenii de ştiinţă au ajuns la concluzia că în afară de materia obişnuită Universul este format, în cea mai mare parte, din materie întunecată şi energie întunecată. Cu toate acestea, nimeni nu a reuşit până în prezent să observe în mod direct materia întunecată, ci doar efectul acesteia asupra obiectelor cosmice ce le putem vedea în Univers.

Fizicienii încearcă să înţeleagă mai bine materia întunecată studiind comportamentul stelelor și galaxiilor care par să reacționeze la prezența acesteia.

Este totuși o provocare pentru oamenii de ştiinţă să studieze ceva ce nu pot vedea în mod direct. Pentru aceasta avem nevoie de tehnologia necesară pentru a detecta particulele ce formează materia întunecată.

Mistere nerezolvate ale Universului

Găsirea răspunsului la unele dintre cele mai simple întrebări despre Univers reprezintă cea mai mare provocare pentru oamenii de ştiinţă.

Cât de mare este Universul?

Pentru a răspunde la această întrebare este foarte important să stabilim de la început dacă ne referim la Universul observabil sau la Univers în ansamblu.

Se știe din studiul radiaţiei electromagnetice că vârsta Universului observabil este de 13,8 miliarde de ani. Stabilirea cu precizie a mărimii Universului observabil reprezintă o provocare pentru astronomi, deoarece Universul nu este static, ci se află în expansiune.

Cosmologii estimează că cei mai vechi fotoni pe care îi putem observa au parcurs o distanță de 45…47 miliarde de ani-lumină de la Big Bang. Acest lucru înseamnă că Universul nostru observabil are o mărime de aproximativ 93 de miliarde de ani-lumină.

Conform teoriei inflației cosmice, mărimea întregului Univers ar putea fi de 250 de ori mai mare decât mărimea Universului observabil.

Cu toate acestea, mărimea întregului Univers este necunoscută, iar Universul ar putea fi infinit.

Există universuri paralele?

Chiar dacă sunt o mulţime de întrebări despre Universul în care trăim la care nu avem un răspuns, asta nu ne împiedică să ne gândim la posibilitatea existenţei unor universuri paralele sau a unui „Multivers„.

Conform teoriei inflaţiei cosmice, extinderea rapidă a Universului imediat după evenimentul Big Bang a condus la apariţia unor regiuni ale spaţiu-timpului care s-au extins mai repede decât altele. Astfel s-ar fi putut forma „bule” de spaţiu-timp care prin expansiune s-ar fi transformat în alte universuri cu propriile lor legi fizice.

În prezent oamenii de știință caută indicii privind existența Multiversului din studiul radiației cosmice de fond. Se bănuiește că urmele unor coliziuni dintre Universul nostru și un alt Univers din Multivers ar fi fost înregistrate în radiația cosmică de fond.

Cum se va sfârşi Universul?

Printre întrebările fără răspuns se numără şi cele privind soarta finală a Universului.

Unele teorii susțin că Universul se va sfârşi printr-un Big Crunch (Marea implozie sau Marele colaps).

În cadrul acestor teorii se susţine că Universul va atinge în cele din urmă, pe măsură ce se extinde, o densitate care va depăși densitatea sa critică, moment în care Universul se va opri din expansiune şi va colapsa în urma unui eveniment denumit Big Crunch. Acesta este complet opus evenimentului Big Bang.

Desigur, aceasta este doar o teorie. O altă teorie presupune că moartea termică va marca sfârșitul Universului, atunci când Universul va fi aproape vid.

Datorită expansiunii Universului, particulele rămase în urma dispariției stelelor și galaxiilor, cum ar fi electronii şi fotonii, vor fi foarte îndepărtate unele de altele și vor interacționa rareori între ele. Din acest motiv, această fază de evoluţie a Universului a fost denumită „moartea termică” a Universului.

Conceptul de moarte termică a Universului provine de la a doua lege a termodinamicii care afirmă că entropia, care măsoară gradului de „dezordine”, crește mereu. Orice sistem, inclusiv Universul, ajunge în cele din urmă într-o stare de dezordine maximă. Când toată energia din Univers devine uniform răspândită, nu va mai exista căldură sau energie liberă care să alimenteze procesele care consumă energie.

Acest lucru ar urma să se întâmple însă într-un viitor foarte îndepărtat, atunci când se vor evapora chiar şi găurile negre, adică peste aproximativ 10¹⁰⁰ ani.

Toate acestea sunt doar câteva dintre întrebările la care fizicienii caută în prezent un răspuns.