Mengapa kita menganggap ini atau itu teori atau hipotesis meyakinkan, dan alternatifnya tidak mungkin? Jawaban atas pertanyaan ini telah mengganggu para filsuf sains selama beberapa dekade: kontroversi Karl Popper dan Thomas Kuhn selama lebih dari 40 tahun. Contoh yang relatif baru untuk membahasnya adalah pengembangan gagasan tentang materi gelap. Tanda-tanda keberadaannya ditemukan kembali pada tahun 1930-an, tetapi hanya pada tahun 1970-an hipotesis ini mulai dianggap sebagai yang utama. Mengapa
Masalah materi gelap hari ini adalah salah satu yang utama baik untuk astrofisika dan fisika secara keseluruhan. Diketahui bahwa, tampaknya, sekitar 80% dari massa galaksi terdiri dari zat yang tidak diketahui oleh sains, yang tidak memanifestasikan dirinya dengan cara apa pun kecuali gravitasinya. Anehnya, meskipun tanda-tanda pertama dari keberadaan massa ini, tersembunyi dari mata kita, ditemukan kembali pada tahun 1930-an, para ilmuwan benar-benar tidak mengambil hipotesis ini pada tahun 1970-an. Mengapa ini terjadi? Satu jawaban yang mungkin disarankan oleh penulis artikel
How Dark Matter Came to Matter , baru-baru ini diposting di arxiv.org. Saya akan menceritakan kembali tesisnya secara singkat.
Masalah penyebaran kecepatan galaksi di cluster
Pada tahun 1933, artikel yang sekarang terkenal oleh Fritz Zwicky diterbitkan, di mana, setelah mempelajari kecepatan pergerakan galaksi yang diamati di Veronica Hair Cluster, ia menemukan bahwa penyebarannya terlalu besar - cluster harus terbang terpisah, karena massa totalnya yang jelas jelas tidak cukup untuk menampung seperti itu. galaksi cepat. Dua astronom sampai pada kesimpulan yang sama - Eric Holmberg dan Sinclair Smith, yang mempelajari sistem galaksi lainnya.
Sebagai salah satu penjelasan, Zwicky memperkenalkan hipotesis materi gelap - substansi tak terlihat yang menciptakan gravitasi tambahan dan mencegah cluster-cluster berserakan. Namun, diskusi serius tentang pengamatan ini baru dimulai setelah dua dekade.
Pada akhir 1950-an, pengukuran galaksi galaksi yang lebih akurat muncul, mengkonfirmasi pengamatan tahun 1930-an dan membuatnya lebih teliti. Kemudian pada tahun 1958, Victor Hambardzumyan mengajukan hipotesis alternatif: apa yang kita lihat bukanlah keadaan keseimbangan. Galaksi benar-benar terbang terpisah, kami hanya beruntung untuk mengamati mereka pada saat mereka masih relatif dekat satu sama lain.
Hipotesis ini, bagaimanapun, memiliki masalah besar. Menurut perkiraan, perluasan galaksi harus terjadi dalam puluhan atau ratusan juta tahun, yang ratusan kali lebih kecil dari usia Alam Semesta. Untuk zaman kita, seharusnya tidak ada satu kluster galaksi tunggal. Tetapi kita melihat bahwa sebenarnya ada banyak kelompok.
Namun, gagasan bahwa substansi yang terlihat hanya seperlima dari total massa tampak tidak kurang radikal, sehingga banyak penjelasan alternatif muncul. Mereka mencoba menjelaskan massa tersembunyi dengan hipotesis luas area hidrogen terionisasi, sejumlah besar galaksi kerdil, kebutuhan untuk memodifikasi hukum gravitasi, kepadatan tinggi radiasi gravitasi, keberadaan lubang hitam peninggalan, neutrino masif, dan, tentu saja, hanya kesalahan pengamatan.
Masalah kurva rotasi galaksi
Pada saat yang sama, muncul masalah di bidang astronomi yang sama sekali berbeda, yang juga bisa diselesaikan dengan hipotesis materi gelap. Pada 1950-an dan 1960-an, astronomi radio secara aktif berkembang, yang memungkinkan untuk "melihat" hidrogen netral yang sebelumnya tak terlihat berdasarkan garis 21 cm yang terkenal itu. Dengan bantuannya, kecepatan putaran gas di galaksi diukur dan kurva rotasi mereka dibangun - ketergantungan dari kecepatan rotasi bintang dan gas di sekitar pusat galaksi pada jarak ke pusat ini.
Dan pada awal 1970-an, ditemukan bahwa kurva ini terlalu "rata". Diharapkan, sesuai dengan hukum Kepler, kecepatan akan berkurang ketika bergerak menjauh dari kelompok utama massa yang terlihat, tetapi mereka tetap hampir konstan. Ada masalah di mana gravitasi "ekstra" berasal, memberikan kecepatan yang lebih tinggi.
Namun, situasinya ambigu. Meskipun secara eksplisit dinyatakan dalam beberapa karya bahwa kurva rotasi yang diamati dapat dijelaskan oleh massa tambahan tertentu yang tidak dapat diakses untuk pengamatan langsung, sudut pandang ini tidak berlaku. Sebagian dari masalahnya adalah bahwa ada banyak model rotasi galaksi, dan dengan memvariasikan parameter di dalamnya, dimungkinkan untuk memperoleh persetujuan yang relatif baik dengan kurva yang diamati.
Meskipun hipotesis materi gelap dapat menyelesaikan kedua masalah sekaligus, itu hanya satu dari banyak hipotesis yang mungkin, pada saat itu tidak terlalu meyakinkan, dan juga bukan tanpa kekurangannya. Dan, secara umum, hanya sedikit yang mempertimbangkan kedua masalah ini bersama-sama.
Masalah kosmologi
Perubahan signifikan dalam persepsi hipotesis materi gelap terjadi karena pengembangan bidang yang sama sekali berbeda - kosmologi.
Pada awal abad XX, sebagian besar ilmuwan percaya bahwa galaksi kita adalah seluruh alam semesta. Tetapi pada pertengahan abad itu menjadi jelas: ini jauh dari kasus. Semua astronomi radio yang sama mengarah pada penemuan sejumlah besar galaksi, dan kemudian pada tahun 1963, objek-objek yang sepenuhnya baru - quasar, objek super-jauh yang jauh yang ada pada awal Alam Semesta. Menjadi jelas bahwa Semesta tidak statis, tetapi entah bagaimana berevolusi. Jadi kosmologi muncul.
Tugas utama kosmologi adalah mencari tahu dalam skenario apa jagat raya berkembang. Menurut model yang paling populer, dengan nama Friedman, ada tiga versi alam semesta: datar, terbuka dan tertutup. Yang mana dari mereka yang sesuai dengan Alam Semesta kita tergantung pada parameter dalam persamaan. Parameter ini tentu saja harus ditentukan dari pengamatan, dan yang utama adalah kepadatan materi di Alam Semesta.
Yang paling menarik - terutama dari beberapa perasaan estetika abstrak - bagi banyak kosmolog adalah model alam semesta yang tertutup. Untuk ini, kepadatan zat di dalamnya harus dari orde 10
−29 g / cm³. Faktanya, perkiraan massa tampak seratus kali lebih kecil - 10
−31 g / cm³. Tidak mungkin untuk mengabaikan perbedaan tersebut.
Menggabungkan tiga masalah menjadi satu dan menyelesaikannya
Dan di sini kosmolog datang untuk menyelamatkan dan muncul dengan masalah terkenal dengan kurva rotasi dan penyebaran kecepatan galaksi dalam kelompok. Pada 1974, Jim Peebles, Jerry Ostriker dan Amos Yahil menyatukan semuanya dan menunjukkan bahwa hipotesis materi gelap memecahkan ketiga masalah. Keanggunan kesimpulan ini, bagaimanapun, dibayangi oleh fakta bahwa bahkan dengan memperhitungkan massa galaksi yang tersembunyi, kepadatan Semesta masih ternyata lima kali lebih sedikit dari yang diperlukan untuk skenario "tertutup". Namun, ini sudah tidak seratus kali, dan dengan koefisien kurang dari 10, astrofisikawan belajar untuk memasang jauh sebelum ini - namun pengukuran dalam bidang sains ini selalu tidak terlalu akurat.
Kesimpulan yang sama dicapai secara bersamaan oleh kelompok ilmuwan lain - kelompok Estonia dari Observatorium Tartu yang terdiri dari Jaan Einasto, Semut Kaasik dan Enna Saar. Artikel mereka muncul di jurnal Nature pada saat yang sama dengan artikel oleh orang Amerika, meskipun mereka mengirimnya beberapa minggu sebelumnya.
Bagaimanapun, para ahli kosmologi dan bidang sains yang masih muda dan berkembang pesatlah yang akhirnya menjadi "perekat" yang menggabungkan bukti yang berbeda dan tidak terlalu meyakinkan menjadi satu teori tunggal dan cukup koheren, yang hanya didasarkan pada satu hipotesis - hipotesis materi gelap.