Àwọn Ìmọ̀ Nípa Agbára Dúdú àti Ohun Dúdú
Àgbáyé tí a ń rí—ìràwọ̀, pílánẹ́ẹ̀tì, gáàsì àárín ìpele, àti àwọn ìràwọ̀—dúró fún ìwọ̀nba díẹ̀ nínú àgbáyé. Láti ìparí ọ̀rúndún ogún, àwọn onímọ̀ nípa àgbáyé ti túbọ̀ ń gbàgbọ́ pé apá tó tóbi jùlọ nínú àgbáyé kò ṣeé rí fún wa. Àwọn ọ̀rọ̀ méjì tí ó sábà máa ń dìde nínú ìjíròrò yìí ni ohun èlò òkùnkùn àti agbára òkùnkùn. Àwọn méjèèjì jẹ́ “òkùnkùn” nítorí wọn kì í tú ìmọ́lẹ̀ jáde, wọn kì í gbà á, tàbí kí wọ́n tan ìmọ́lẹ̀ jáde lọ́nà tí a lè rí i ní irọ̀rùn; síbẹ̀síbẹ̀, ipa àti ànímọ́ tí wọ́n fura sí yàtọ̀ síra gan-an. Àpilẹ̀kọ yìí jíròrò àwọn èrò pàtàkì nípa ohun èlò òkùnkùn àti agbára òkùnkùn, ẹ̀rí tí a ń rí tí ó ń tì wọ́n lẹ́yìn, àti àwọn ìpèníjà tí ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì òde òní ṣì ń dojú kọ.
Kílódé tí a fi nílò èrò “òkùnkùn”?
Nínú ìmọ̀ nípa ayé, àwọn ẹ̀kọ́ gbọ́dọ̀ bá àwọn ìwádìí tí a ń ṣe mu. Nígbà tí àwọn onímọ̀ nípa ayé bá ń wọn iyàrá ìyípo àwọn galaxy, bí wọ́n ṣe ń tẹ ìmọ́lẹ̀ (ìwòye agbára), àti àwọn àpẹẹrẹ ìtànṣán tí ó ṣẹ́kù láti inú Big Bang (Cosmic Microwave Background/CMB), àwọn àbájáde náà fihàn pé “nǹkan kan” tún ń nípa lórí agbára òòfà àti ìdàgbàsókè àgbáyé. Ṣùgbọ́n “nǹkan” yẹn kò dàbí ohun tí ó mọ́lẹ̀ bí ìràwọ̀.
Ní ọwọ́ kejì ẹ̀wẹ̀, ní ìwọ̀n ńlá kan tí ó wà ní àgbáyé, àwọn àkíyèsí ti irú Ia supernovae ní ìparí àwọn ọdún 1990 fi òtítọ́ ìyanu kan hàn: ìfẹ̀sí àgbáyé kò dínkù, ṣùgbọ́n ó ń yára sí i. Láti ṣàlàyé ìyára yìí, a nílò ohun èlò kan tí ó ní ìfúnpá òdì tí ó ń tì àkókò àgbáyé láti fẹ̀ sí i kíákíá àti kíákíá. Lẹ́yìn náà, a pe ohun èlò yìí ní agbára òkùnkùn.
Ohun Dúdú: Àwọn Ẹ̀kọ́ Pàtàkì àti Ẹ̀rí
1. Ìtẹ̀sí Yíyípo Galaxy
Ọ̀kan lára àwọn ẹ̀rí tó wà fún ohun tó ṣókùnkùn ni àwọn ìwọ̀n ìyípo àwọn galaxy oníyípo. Gẹ́gẹ́ bí agbára ìwalẹ̀ Newtonian, iyára àwọn ìràwọ̀ tó ń yí àárín galaxy kan padà yẹ kí ó dínkù pẹ̀lú ìjìnnà tó ń pọ̀ sí i láti àárín. Síbẹ̀síbẹ̀, a rí ìdàkejì rẹ̀: iyára náà máa ń ga, ó sì “tẹ́jú” sí etí galaxy náà. Èyí fi hàn pé ìwọ̀n mìíràn wà tí a pín káàkiri, tó ń ṣẹ̀dá ohun tó ṣókùnkùn tó yí galaxy náà ká.
2. Lẹ́ńsì òòfà
Gẹ́gẹ́ bí ìbáradọ́gba gbogbogbòò, ìwọ̀n ìtẹ̀síwájú máa ń yípo ní àkókò àlàfo, nítorí náà ìmọ́lẹ̀ tí ó ń kọjá lọ síbi ìwọ̀n ńlá kan ni a tẹ̀. Nínú ọ̀pọ̀lọpọ̀ ètò àgbáyé (àwọn ìṣùpọ̀ galaxy, àwọn galaxy kan ṣoṣo), àwọn ipa ìfàmọ́ra fihàn pé ìwọ̀n ìtẹ̀síwájú pọ̀ ju èyí tí ohun tí ó ní ìmọ́lẹ̀ lè kà sí lọ. Àpẹẹrẹ olókìkí kan ni Bullet Cluster, níbi tí a ti ya ìpínkiri ibi-ìpínkiri ibi-ìpínkiri (tí a tọ́pasẹ̀ nípasẹ̀ ìṣùpọ̀ gravitational) sọ́tọ̀ kúrò nínú gáàsì gbígbóná tí ó ní ìmọ́lẹ̀ (tí a rí nínú X-ray). A sábà máa ń kà ìṣẹ̀lẹ̀ yìí sí ìtìlẹ́yìn tí ó lágbára fún òtítọ́ pé ohun tí ó dúdú jẹ́ ohun pàtàkì, dípò kí ó jẹ́ àìlóye nípa agbára òòfà.
3. Ìtànṣán Àyíká Àgbáyé (CMB) àti Ìṣètò Ńlá
CMB ń pa “àmì” àwọn ipò mọ́ ní àgbáyé ìṣáájú. Nígbà tí a bá ṣàyẹ̀wò àwọn àpẹẹrẹ ìyípadà kékeré nínú CMB, ó ń fúnni ní ìṣirò nípa ìṣẹ̀dá àgbáyé. Àwọn àbájáde náà bá àwọn àpẹẹrẹ tí ó fihàn pé àgbáyé jẹ́ ohun tí ó tó ~5% ohun tí a ń lò, ~27% ohun tí a ń lò dúdú, àti ~68% agbára dúdú (àwọn nọ́mbà lè yàtọ̀ díẹ̀ síra ní ìbámu pẹ̀lú àkọsílẹ̀ náà). Ohun tí ó dúdú tún ń ran lọ́wọ́ láti ṣàlàyé bí àwọn ìṣẹ̀dá àgbáyé—láti àwọn galaxy sí àwọn okùn ńlá—ṣe lè ṣẹ̀dá ní kíákíá bí a ṣe rí i.
Àwọn Tó Yẹ Kí Wọ́n Fi Òkùnkùn Ṣe Ohun Tó Dúdú: Láti Àwọn Pátákólọ́ọ̀tì Tuntun sí Àwọn Ihò Dúdú Àkọ́kọ́
Ìmọ̀ nípa ohun èlò dúdú tó gbajúmọ̀ jùlọ gbà pé ó jẹ́ irú ohun èlò kan tí a kò tíì rí nínú ìmọ̀ nípa ohun èlò dúdú.
1. WIMP (Àwọn Pátákó Tí Ó Lè Bára Wọn Lò Láìlágbára)
Wọ́n ti kà àwọn WIMP sí àwọn olùdíje pàtàkì nígbà kan rí nítorí wọ́n lè fara hàn nínú àwọn àpẹẹrẹ físíìsì pàtákì tí ó gbòòrò, wọ́n sì lè ṣe ìwúwo àgbáyé “tó tọ́” (tí a sábà máa ń pè ní “iṣẹ́ ìyanu WIMP”). Síbẹ̀síbẹ̀, onírúurú àwọn àyẹ̀wò ìwádìí tààrà (fún àpẹẹrẹ, lílo àwọn ohun tí ń ṣe àwárí lábẹ́ ilẹ̀) kò tíì rí àmì tí ó lè yí wọn lérò padà.
2. Àsíìnì
Axion jẹ́ èròjà àròjinlẹ̀ tí a kọ́kọ́ dámọ̀ràn láti yanjú ìṣòro kan nínú ìmọ̀ nípa ìbáṣepọ̀ tó lágbára (QCD). Àwọn axion lè fẹ́ẹ́rẹ́ gan-an síbẹ̀ wọ́n pọ̀ gan-an, èyí sì lè mú kí wọ́n ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìwọ̀n gbogbo nǹkan, wọ́n sì lè ṣiṣẹ́ gẹ́gẹ́ bí ohun tó dúdú “tútù”.
3. Àwọn neutrino aláìléso
Láìdàbí àwọn neutrinos lásán tí wọ́n ń bá ara wọn lò láìsí ìfarakanra, ó ṣòro láti rí àwọn neutrinos aláìlera. Tí wọ́n bá wà níbẹ̀, wọ́n lè ṣiṣẹ́ gẹ́gẹ́ bí ohun dúdú “gbóná”, èyí tí yóò nípa lórí ìṣẹ̀dá ìṣètò ní ìwọ̀n pàtó kan.
4. MACHO àti àwọn ohun tí ó ní ìwọ̀nba
A ti gbé àwọn olùdíje bíi àwọn pílánẹ́ẹ̀tì rogue, àwọn ìràwọ̀ tí kò lágbára, tàbí àwọn ohun míràn tí ó ní ìpele kékeré (MACHOs) yẹ̀ wò, ṣùgbọ́n àwọn ìwádìí microlensing fihàn pé wọn kò pọ̀ tó láti ṣàlàyé ohun tí ó ní ìpele dúdú. Èrò náà tún wà nípa àwọn ihò dúdú primordial (tí a ṣẹ̀dá ní àgbáyé ìpilẹ̀ṣẹ̀), ṣùgbọ́n àwọn ààlà àkíyèsí mú kí wọ́n ṣòro láti jẹ́ àlàyé fún gbogbo ohun tí ó ní ìpele dúdú.
Àyípadà: Àtúnṣe Ìwúwo (MOND àti Àwọn Ọ̀rẹ́)
Dípò kí wọ́n fi “ohun tí a kò lè rí kún un,” àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì kan ti dábàá pé òye wa nípa agbára òòfà lórí ìwọ̀n galactic kò pé. Àwọn èrò bíi MOND (Modified Newtonian Dynamics) yí àwọn òfin Newton padà fún àwọn ìfàsẹ́yìn kékeré, èyí tí ó jẹ́ kí a lè ṣàlàyé àwọn ìlà ìyípo láìsí ohun dúdú.
Sibẹsibẹ, ipenija pataki fun awọn imọran agbara ti a yipada ni ṣiṣe alaye gbogbo ẹri ni ẹẹkan—paapaa awọn iṣẹlẹ bii Bullet Cluster ati ibamu ti CMB. Awọn idagbasoke ibatan ti MOND ti wa (fun apẹẹrẹ, TeVeS), ṣugbọn titi di isisiyi, awọn awoṣe ohun elo dudu ti “pere” diẹ sii ni ibamu pẹlu awọn data oriṣiriṣi.
Agbára Dúdú: Kí ni ó jẹ́ àti kí ló dé tí a fi rò pé ó wà?
A ti dámọ̀ràn agbára dúdú láti ṣàlàyé bí àgbáyé ṣe ń yára gbòòrò sí i. Nínú ìlànà ìbáramu gbogbogbòò, agbára tó ní ìfúnpọ̀ òdì lè fa ìyára yìí. Ní ṣókí, bí agbára dúdú bá ṣe pọ̀ tó, bẹ́ẹ̀ náà ni àlàfo ṣe ń yára gbòòrò sí i lórí ìwọ̀n àgbáyé.
Àwọn ẹ̀rí pàtàkì fún agbára òkùnkùn ni:
– Iru Ia supernovae n ṣiṣẹ bi “awọn abẹla boṣewa” fun wiwọn ijinna agbaye. Awọn supernovae ti o jinna dabi ẹni pe o kere ju bi a ti ṣe yẹ lọ ti imugboroosi naa ba n dinku.
– CMB àti baryon acoustic oscillations (BAO) pèsè “cosmic ruler” fún títẹ̀lé ìtàn ìfẹ̀sí.
– Pínpín àwọn ilé ńláńlá tí ó ní ìmọ̀lára sí àwọn ìwọ̀n ìfẹ̀sí.
Ìlànà Agbára Dúdú: Láti Ìgbékalẹ̀ Àgbáyé sí Ìgbékalẹ̀ Ayé
1. Àkójọpọ̀ Àgbáyé (Λ)
Àlàyé tó rọrùn jùlọ ni ìdúróṣinṣin ìṣẹ̀dá ayé Einstein: agbára ìfọ́ tí ìwọ̀n rẹ̀ dúró ṣinṣin bí àkókò ti ń lọ. Àwòṣe ìṣètò ayé òde òní ni a sábà máa ń kọ sí ΛCDM, níbi tí Λ jẹ́ agbára òkùnkùn àti CDM jẹ́ “ohun tí ó ṣókùnkùn tútù.” Àwòṣe yìí ṣe àṣeyọrí gidigidi ní ṣíṣàlàyé ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìwádìí náà.
Iṣoro naa: nigbati awọn onimọ-jinlẹ ba gbiyanju lati ṣe iṣiro agbara afẹfẹ lati inu imọran kuatomu, awọn abajade naa tobi ju eyiti a ṣe akiyesi lọ - iyatọ naa le jẹ gidigidi. Eyi ni a mọ si iṣoro igbagbogbo ti agbaye.
2. Quintessence
Nínú àwòṣe yìí, agbára dúdú kìí ṣe ohun tí ó dúró ṣinṣin, ṣùgbọ́n ó wá láti inú pápá scalar oníyípadà tí ó ń yípadà bí àkókò ti ń lọ. Èyí ń jẹ́ kí ìwọ̀n agbára dúdú yípadà, èyí tí ó lè (ní ti èrò) dín “àìṣeémọ̀” ti ìdúró sànmánì àgbáyé kù. Síbẹ̀síbẹ̀, a gbọ́dọ̀ túmọ̀ àwòṣe yìí pẹ̀lú ìṣọ́ra láti yẹra fún ìtakora àwọn ìwádìí tí ó fi ìwà agbára dúdú tí ó súnmọ́ ìdúró sánmọ̀ hàn.
3. Agbára Dúdú “Fantom” àti Ìbátan Tí A Túnṣe
Àwọn àwòṣe kan wà tí ó gba ààyè fún pàrámítà ipò agbára òkùnkùn (w) láti kéré sí -1 (“phantom”), tí ó lè yọrí sí àwọn ìṣẹ̀lẹ̀ líle bíi Big Rip. Àwọn ọ̀nà kan náà tún wà tí ó yí èrò ìwalẹ̀ lórí àwọn ìwọ̀n ńlá (fún àpẹẹrẹ, f(R) gravity) kí ìyára lè farahàn láìsí èrò agbára òkùnkùn kan.
Awọn Ipenija ati Awọn Itọsọna Iwadi Ọjọ iwaju
Bó tilẹ̀ jẹ́ pé ΛCDM ti di àpẹẹrẹ “àwòrán” ti ìmọ̀ nípa àgbáyé, ọ̀pọ̀ ìbéèrè pàtàkì ṣì wà ní ṣíṣí sílẹ̀:
– Kí ni ìdámọ̀ àwọn èròjà dúdú? Kí ló dé tí a kò fi rí wọn nínú yàrá ìwádìí?
– Ṣé agbára dúdú jẹ́ ohun tó ń dúró lórí àgbáyé lóòótọ́? Tàbí ó ń yípadà bí àkókò ti ń lọ?
– Ìtẹ̀sí Hubble: àwọn ìwọ̀n ìfẹ̀síwájú àgbáyé lọ́wọ́lọ́wọ́ (H0) láti inú CMB àti láti inú àwọn ìwọ̀n àdúgbò nígbà míì kì í bá ara mu dáadáa, èyí sì ń mú kí ó ṣeé ṣe láti rí físíìsì tuntun.
Oríṣiríṣi iṣẹ́ àkíyèsí àti ìdánwò ló ń lọ lọ́wọ́ láti yanjú èyí: àwọn ìwádìí ńláńlá galaxy, àwọn ìwọ̀n ìfàmọ́ra tí ó péye jù, àwọn ohun tí ń ṣe àwárí èròjà tuntun, àti àwòrán àwọn BAO tí ó kún fún àlàyé. Àwọn ìlọsíwájú ìṣirò tún ń ṣe ìrànlọ́wọ́ fún ṣíṣe àfarawé ìṣẹ̀dá ìṣẹ̀dá àgbáyé, tí ó ń ṣe ìyàtọ̀ láàrín àwọn ìṣẹ̀lẹ̀ ohun èlò dúdú àti àwọn àṣàyàn mìíràn.
Penutup
Ohun dúdú àti agbára dúdú jẹ́ àwọn èrò pàtàkì méjì tí ó ń darí òye wa nípa àgbáyé òde òní. Ohun dúdú ni a máa ń “rí” ní pàtàkì nípasẹ̀ ipa òòfà rẹ̀ lórí àwọn galaxy àti àwọn ìṣùpọ̀ galaxy, nígbà tí agbára dúdú wá láti inú àìní láti ṣàlàyé ìfẹ̀sí ayé tó ń yára kánkán. Bó tilẹ̀ jẹ́ pé a kò lóye méjèèjì dáadáa, àwòṣe ΛCDM, èyí tí ó so méjèèjì pọ̀, ti ṣe àṣeyọrí lọ́nà tó yanilẹ́nu ní ìbámu pẹ̀lú ọ̀pọ̀ àkíyèsí.
Ṣùgbọ́n àṣeyọrí yìí kì í ṣe òpin ìtàn náà. Ní gidi, “òkùnkùn” tó bo ọ̀pọ̀lọpọ̀ àgbáyé mọ́lẹ̀ fihàn pé àwọn ìpele físíìsì pàtàkì ṣì wà tí a kò tíì ṣàwárí. Bí ìmọ̀-ẹ̀rọ àkíyèsí ṣe ń pọ́n àti bí àwọn àyẹ̀wò pàtákì ṣe ń di ohun tó túbọ̀ rọrùn sí i, a túbọ̀ ń sún mọ́ ìdáhùn sí àwọn ìbéèrè pàtàkì: ṣé dúdú jẹ́ pàtákì tuntun, ṣé agbára dúdú jẹ́ ohun ìní ààyè òfo, tàbí ṣé a nílò láti tún òye wa nípa òòfà ara rẹ̀ ṣe?
