Φαντάσου ένα επικό βιντεοπαιχνίδι με τον αγαπημένο σου ήρωα ως βασικό χαρακτήρα. Ένας ακόμη χαρακτήρας είναι ο καθρέφτης του - ένα δίδυμο, πανομοιότυπο αντίγραφο που εμφανίζεται κατά διαστήματα και προκαλεί εκρήξεις σε ό,τι αγγίζει. Και, για να προστεθεί ένα επιπλέον επίπεδο δυσκολίας, το παιχνίδι περιλαμβάνει μια μυστηριώδη κυψέλη από υπηρέτες που κρύβονται σε κάθε γωνιά, αλλάζοντας τους κανόνες του παιχνιδιού χωρίς ποτέ να εμφανίζονται.
Αν σκεφτείς αυτούς τους χαρακτήρες ως είδη ύλης, τότε αυτό το βιντεοπαιχνίδι περιγράφει ουσιαστικά τον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί το σύμπαν μας.
Ο ήρωας είναι η συνηθισμένη ύλη, δηλαδή όλα όσα μπορούμε να δούμε γύρω μας. Η αντιύλη είναι το εκρηκτικό, «καθρεφτικό» δίδυμο - κάτι που οι επιστήμονες κατανοούν πολύ καλά, αλλά σπάνια μπορούν να εντοπίσουν. Και η σκοτεινή ύλη είναι οι αόρατοι υπηρέτες: βρίσκεται παντού, αλλά δεν μπορούμε να τη δούμε και οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν τι ακριβώς είναι.
Παρότι τα ονόματά τους μοιάζουν, η σκοτεινή ύλη και η αντιύλη είναι εντελώς διαφορετικά πράγματα. Το ενδιαφέρον είναι ότι φυσικοί σαν εμένα γνωρίζουμε ακριβώς τι είναι η αντιύλη, αλλά υπάρχει ελάχιστη στο σύμπαν. Αντίθετα, δεν έχουμε ιδέα τι είναι η σκοτεινή ύλη, όμως υπάρχει άφθονη παντού.
Αντιύλη: Το κατοπτρικό δίδυμο
Όλη η συνηθισμένη ύλη γύρω σου αποτελείται από βασικά δομικά στοιχεία που ονομάζονται άτομα. Τα άτομα έχουν θετικά φορτισμένα σωματίδια, τα πρωτόνια, τα οποία περιβάλλονται από μικροσκοπικά αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια.
Σκέψου την αντιύλη ως το δίδυμο της κανονικής ύλης με αντίθετα ηλεκτρικά φορτία.
Όλα τα σωματίδια, όπως τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια, έχουν «αδέρφια» αντιύλης. Τα ηλεκτρόνια έχουν τα ποζιτρόνια (αντι-ηλεκτρόνια), ενώ τα πρωτόνια έχουν αντιπρωτόνια. Τα αντιπρωτόνια και τα ποζιτρόνια σχηματίζουν άτομα αντιύλης, ή αντι-άτομα. Είναι σαν κατοπτρικές εικόνες της κανονικής ύλης, αλλά με αντεστραμμένα ηλεκτρικά φορτία. Όταν η ύλη και η αντιύλη συναντηθούν, καταστρέφουν η μία την άλλη σε μια στιγμιαία έκλαμψη φωτός και ενέργειας και εξαφανίζονται.
Ευτυχώς, η αντιύλη είναι εξαιρετικά σπάνια στο σύμπαν μας. Ωστόσο, ορισμένα συνηθισμένα άτομα, όπως το κάλιο, μπορούν να διασπαστούν και να παράγουν αντιύλη. Για παράδειγμα, όταν τρως μια μπανάνα - ή οποιαδήποτε τροφή πλούσια σε κάλιο - καταναλώνεις απειροελάχιστες ποσότητες ατόμων που παράγουν αντιύλη. Η ποσότητα αυτή είναι τόσο μικρή που δεν επηρεάζει την υγεία σου.
Η αντιύλη ανακαλύφθηκε πριν από σχεδόν 100 χρόνια. Σήμερα, οι επιστήμονες μπορούν να τη δημιουργούν, να τη συγκρατούν και να τη μελετούν σε εργαστήρια και γνωρίζουν πολύ καλά τις ιδιότητές της. Μάλιστα, οι γιατροί τη χρησιμοποιούν και στην ιατρική, στις εξετάσεις PET. Σε αυτές τις εξετάσεις, εγχέουν στον οργανισμό μικρές ποσότητες ατόμων που παράγουν αντιύλη. Καθώς τα άτομα αυτά κινούνται μέσα στο σώμα, η εξέταση καταγράφει τις εκλάμψεις φωτός που προκύπτουν από την εξαΰλωση της αντιύλης με τη συνηθισμένη ύλη. Με αυτόν τον τρόπο, οι γιατροί μπορούν να «δουν» τι συμβαίνει στο εσωτερικό του σώματος.
Οι επιστήμονες έχουν επίσης καταλήξει στο συμπέρασμα ότι, όταν γεννήθηκε το σύμπαν, υπήρχαν σχεδόν ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης. Συναντήθηκαν και αλληλοεξοντώθηκαν. Ευτυχώς, ένα ελάχιστα μεγαλύτερο ποσοστό κανονικής ύλης επιβίωσε - και από αυτό δημιουργήθηκαν τα άστρα, οι πλανήτες και όλοι εμείς.
Σκοτεινή ύλη: Οι αόρατοι υπασπιστέ
Η σκοτεινή ύλη είναι πολύ πιο μυστηριώδης. Έχεις ανέβει ποτέ σε έναν μύλο λούνα παρκ που γυρίζει πολύ γρήγορα; Αν ναι, ξέρεις πόσο δύσκολο είναι να παραμείνεις πάνω του χωρίς να εκσφενδονιστείς, ειδικά αν είσαι μόνος.
Τώρα φαντάσου ότι μαζί σου υπάρχουν πάνω στον μύλο πολλοί αόρατοι υπηρέτες. Δεν μπορείς να τους δεις ούτε να τους αγγίξεις, αλλά σε κρατούν και σε εμποδίζουν να εκτοξευθείς καθώς ο μύλος περιστρέφεται με μεγάλη ταχύτητα. Ξέρεις ότι είναι εκεί, επειδή ο μύλος είναι βαρύτερος απ’ ό,τι φαίνεται και χρειάζεται περισσότερη δύναμη για να τον σπρώξεις και να τον κάνεις να γυρίσει. Οι αόρατοι υπηρέτες δεν παίζουν ούτε μιλούν με κανέναν· απλώς βρίσκονται εκεί, προσθέτοντας το βάρος τους σε όλα.
Περίπου πριν από 50 χρόνια, η αστρονόμος Βέρα Ρούμπιν ανακάλυψε ένα παρόμοιο μυστήριο στους σπειροειδείς γαλαξίες. Μελετώντας γαλαξίες που περιστρέφονται - σαν κοσμικούς μύλους - παρατήρησε κάτι παράξενο: τα άστρα στις εξωτερικές περιοχές τους κινούνταν πολύ πιο γρήγορα απ’ όσο θα έπρεπε. Κανονικά, θα έπρεπε να εκτοξευτούν στο διάστημα, όπως οι σπίθες από ένα πυροτέχνημα. Όμως δεν συνέβαινε κάτι τέτοιο.
Ήταν σαν να βλέπεις παιδιά σε έναν μύλο να κινούνται με απίστευτη ταχύτητα, αλλά να παραμένουν σταθερά στη θέση τους.
Η μόνη εξήγηση ήταν ότι υπάρχει μια «θάλασσα» αόρατης ύλης που συγκρατεί τα πάντα με την πρόσθετη βαρυτική της δύναμη. Οι επιστήμονες ονόμασαν αυτό το μυστηριώδες υλικό «σκοτεινή ύλη».
Από τότε, οι αστρονόμοι έχουν παρατηρήσει παρόμοια παράξενη συμπεριφορά σε ολόκληρο το σύμπαν. Γαλαξίες μέσα σε τεράστια σμήνη κινούνται με απρόσμενους τρόπους. Το φως καμπυλώνεται γύρω από γαλαξίες περισσότερο απ’ όσο θα έπρεπε. Οι γαλαξίες παραμένουν ενωμένοι πολύ πιο σφιχτά απ’ όσο μπορεί να εξηγήσει μόνο η ορατή ύλη.
Είναι σαν να βλέπουμε κούνιες να κινούνται μόνες τους και τραμπάλες να γέρνουν χωρίς κανείς να κάθεται επάνω τους.
Ο όρος «σκοτεινή ύλη» είναι απλώς ένα προσωρινό όνομα, μέχρι οι επιστήμονες να καταλάβουν τι πραγματικά είναι. Τα τελευταία 50 χρόνια, πολλοί ερευνητές πραγματοποιούν πειράματα προσπαθώντας να ανιχνεύσουν τη σκοτεινή ύλη ή να τη δημιουργήσουν στο εργαστήριο. Μέχρι σήμερα, όμως, χωρίς επιτυχία.
Δεν γνωρίζουμε τι είναι η σκοτεινή ύλη, αλλά γνωρίζουμε ότι βρίσκεται παντού. Μπορεί να αποτελείται από ασυνήθιστα σωματίδια που δεν έχουν ακόμη ανακαλυφθεί. Μπορεί να είναι κάτι εντελώς απρόσμενο. Ωστόσο, παρατηρώντας το πόσο γρήγορα περιστρέφονται οι γαλαξίες, οι αστρονόμοι μπορούν να συμπεράνουν ότι στο σύμπαν υπάρχει περίπου πέντε φορές περισσότερη σκοτεινή ύλη από όλη τη συνηθισμένη ύλη μαζί.
Ο Dipangkar Dutta είναι καθηγητής πυρηνικής φυσικής, Πανεπιστήμιο του Μισισιπή.
*Το άρθρο του αναδημοσιεύεται αυτούσιο στο Liberal μέσω άδειας Creative Commons από τον ιστότοπο TheConversation.com.
