Jakie są niektóre nierozwiązane problemy w kosmologii?
Kosmologia, badanie wszechświata, nękane jest przez wiele nierozwiązanych problemów. Historycznie te nierozwiązane problemy spowodowały nowy rozwój fizyki, który zrewolucjonizował tę dziedzinę, ale w ostatnim półwieczu kosmolodzy odkrywali nowe problemy i dostarczali mniej odpowiednich rozwiązań. Znalezienie rozwiązania tych problemów może wymagać radykalnego nowego myślenia i większej tolerancji wobec zatrudniania doktorantów skłonnych do realizacji własnych pomysłów, a nie tylko podążania za pomysłami starszych naukowców.
Jednym z najbardziej widocznych problemów w kosmologii jest stała kosmologiczna, która rządzi ekspansją wszechświata, znaną również jako ciemna energia. Znaczna część, około 60%, energii masowej we wszechświecie ma postać tajemniczej energii, która rozpycha kosmos w przyspieszającym tempie. Czym jest ta energia i skąd ona pochodzi? Kosmolodzy nie mają prawdziwego pomysłu.
Chociaż pod podobną nazwą istnieje w kosmologii inny problem, tak zwana ciemna materia, która w rzeczywistości nie jest związana z ciemną energią, chyba że dotyczą one rzeczy, których nie rozumiemy. Około 90% masy we wszechświecie jest w pozornie niewidocznej formie materii, którą nazywamy ciemną materią. Tę ciemną materię można zmierzyć tylko poprzez przyciąganie grawitacyjne na otaczające ją obiekty, a wszystkie galaktyki, które obserwujemy, zawierają duże aureole, często rozciągające się na setki tysięcy lat świetlnych poza krawędź świetlistej materii. Czy ta ciemna materia jest rzeczywistą materią, taką jak słabo oddziałujące masywne cząstki (WIMP), czy może jest to po prostu artefakt obserwacyjny spowodowany niewłaściwą teorią grawitacji? Każdy kosmolog, który to zrozumie, uzyskałby Nagrodę Nobla, ale żadnemu się nie udało.
Kolejną zagadką jest to, dlaczego we wszechświecie jest o wiele więcej materii niż antymaterii. Według teorii fizycznych te formy materii są zasadniczo równoważne, ale materię konwencjonalną obserwuje się w znacznie większych ilościach niż antymateria. Czy we wczesnym wszechświecie istniała bardzo duża liczba obu typów, które w większości unicestwiły się, by opuścić dzisiejszą materię? A może od samego początku istniała o wiele bardziej konwencjonalna materia? Jeśli jesteś kosmologiem, jest to coś, co utrzymuje cię w nocy.
Niektóre odpowiedzi na powyższe pytania mogą wynikać z zasady antropicznej - idea, że obserwowane wartości były bardzo różne, wszechświat byłby wrogi życiu, a zatem nie byłoby kosmologów, którzy mogliby zadawać te pytania. Ale inni postrzegają zasadę antropiczną jako wyłudzanie, ponieważ oferuje wygodne wyjaśnienie praktycznie wszystkiego, co chcemy. Istnieje wiele innych nierozwiązanych problemów w kosmologii, związanych z generowaniem masy neutrin, kwestią entropii w odległej przeszłości i warunkami wszechświata bezpośrednio po Wielkim Wybuchu. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej, przeczytaj książkę na ten temat szanowanego kosmologa.