Energia escura, o maior mistério da ciência

New Haven, Connecticut (CNN) - Na terça-feira, três norte-treinados cientistas ganharam o prêmio Nobel em física, para encontrar a prova definitiva de que a expansão do universo está se acelerando. Sua descoberta não se adaptar a qualquer teoria existente, por isso tinha mind-blowing implicações para nossa compreensão do mundo físico. Ao mesmo tempo, é relativamente fácil de explicar aos não-especialistas. Então, apertem os cintos para uma visita rápida desta fronteira do conhecimento: Qual foi a descoberta real, por que é importante, eo que ele significa para o nosso mundo? Flash back dos anos 1990, quando duas equipes de pesquisa independentes estabelecidas para "pesar" do Universo - um liderado por Saul Perlmutter, um jovem físico do Lawrence Berkeley Laboratory, o outro por um professor de Harvard da astronomia, Bob Kirshner, com o ex- estudante Brian Schmidt, agora na Universidade Nacional da Austrália, e então estudante Adam Riess, agora um astrônomo sênior do Space Telescope Science Institute e da Johns Hopkins University. Meg Urry Estes astrofísicos sabia que o universo era um espaço vasto, quase vazio, salpicado de galáxias de estrelas em um mar fina de átomos. Graças ao trabalho de 70 anos antes por Edwin Hubble (após os quais telescópio espacial da NASA é chamado), que também conhecia o universo tem se expandido por bilhões de anos. Como todos os astrônomos, que esperavam a expansão estar diminuindo, devido à força da gravidade entre as galáxias e outras matérias. É muito simples: Quanto mais coisas no universo, maior a gravidade "travagem" da expansão. Assim, o ganhador do prêmio Nobel experimentos foram projetados para medir a taxa de desaceleração da expansão, e, assim, a quantidade total de material no universo. O que poderia dar errado? Afinal, a gravidade foi a única força conhecida que poderia desempenhar um papel. Ambas as equipes mediram a distância de supernovas em galáxias distantes, esperando que eles estariam mais perto de nós do que se não houvesse gravidade em tudo. Imagine o choque quando os dados indicaram a expansão foi acelerando. Supernovas parecia estar mais distantes - mais fraco - do que se a velocidade de expansão eram imutáveis. O quê? O ritmo acelerado de expansão sinalizou que a gravidade, uma força que temos conhecido e amado desde a primeira maçã caiu de uma árvore, é uma coisa insignificante em comparação com alguns novos campos de energia, totalmente desconhecido, que empurra a galáxias de distância. Nós chamamos essa coisa nova "energia escura" - significando que a energia que aparece para empurrar para fora, com o adjetivo "escuro", significando que sabemos absolutamente nada sobre sua natureza. Além disso, em 2003, WMAP da NASA cosmologia de satélite mostraram de forma convincente que a energia escura é o componente dominante do universo. Este material não foi prevista por nenhuma teoria física e era completamente desconhecido até o ganhador do prêmio Nobel equipes de astrônomos e físicos fizeram suas medições - ainda que haja mais dela do que qualquer outra coisa no universo. Mais do que os átomos que compõem a você e eu e nossa Terra, mais do que o hidrogênio e hélio que permeia o universo, mais do que o desconhecido partículas de matéria escura que causam a gravidade atrativa e permitir que as galáxias a se formar no primeiro lugar. Seja o que for, é ensinar-nos algo completamente novo sobre como a matéria eo espaço eo tempo se comportar. A teoria fundamentalmente nova física é necessária. Este material não foi prevista por nenhuma teoria física ... ainda há mais dela do que qualquer outra coisa no universo. Meg Urry O fato é que a energia escura é o maior mistério da ciência. Ele levou uma enorme quantidade de pesquisas na última década, e foi um dos principais impulsionadores do ano passado "New Worlds, New Horizons" relatório da Academia Nacional de Ciências, que priorizou a astronomia e projetos futuros astrofísica. Fazer medições melhor as propriedades da energia escura foi muito alta na lista, usando o Telescópio Espacial James Webb, agora em fase de conclusão, bem como um telescópio espacial infravermelho óptico a ser construído na próxima década. Ambas as equipes mediram a taxa de expansão usando supernovas, que são explosões estupendas no final da vida de uma estrela de queima de combustível. Os astrônomos sabem que um certo tipo de supernova sempre emite aproximadamente a mesma quantidade de luz, o que significa que é uma "vela padrão", que pode ser usado para indicar a distância. Supernovas mais fracas seria mais longe, e os mais brilhantes estaria mais próximo. Para fazer as medições de supernovas, as equipes usados ​​telescópios ao redor do mundo e no espaço, a maioria executados pela National Science Foundation e NASA. Um espectro da supernova (como a luz é distribuída em todo o espectro azul-verde-amarelo-vermelho óptica) revela a velocidade com que está se afastando de nós devido à expansão do universo. Você provavelmente já reparou como o tom de uma sirene muda conforme ele se move em direção ou para longe de você, e que a mudança é maior quanto mais rápido os movimentos do veículo. Luz emitida por supernovas mostra o mesmo tipo de mudança de freqüência, por isso sua velocidade pode ser medida com grande precisão. Mais um ingrediente foi fundamental para a experiência: a capacidade de olhar para trás no tempo. Leva um tempo muito longo para a luz viajar até nós a partir dessas supernovas, que são ocorrências raras em galáxias distantes. A luz de uma supernova nas proximidades pode levar centenas de milhares de anos para chegar até nós, enquanto a luz desde os distantes procurado pela Perlmutter e Schmidt-Riess-Kirshner equipes viaja por bilhões de anos. Isto significa que olhar para supernovas ou galáxias a distâncias diferentes mapas a história da expansão do universo - isto é, a taxa na qual ele estava se expandindo em momentos diferentes no passado. Medindo a variação de velocidade de expansão - a desaceleração - era o objetivo dos experimentadores. Ao invés, a Perlmutter e Schmidt-Riess-Kirshner equipes encontraram a expansão foi acelerada - tão inesperado quanto ver uma bola cair para cima quando você cair. Novos dados foram fundamentais para a imagem bizarra novo. Adam Riess, usando o Telescópio Espacial Hubble para medir supernovas extremamente distantes, mostrou que no início da gravidade universo estava na verdade ganhando mais energia escura - ou seja, a expansão explosão inicial do espaço estava a abrandar. Mais tarde, como as galáxias mais distantes se mudou, a força de atração da gravidade entre eles enfraquecidos, ea energia escura, que parece ser uma propriedade constante do próprio espaço, assumiu. No universo de hoje, 13,7 bilhões de anos após o big bang, a gravidade é muito mais fraca do que a energia escura. Então descoberta Riess "conquistou-lo: Explicações alternativas para a descoberta original não teria mostrado esta evolução da gravidade dominado a energia-espaço dominado escuro. Astrofísicos estão no encalço da energia escura. Um professor de física do companheiro perguntou-me, seguindo Leigh Yale palestra Prêmio página na energia escura por Saul Perlmutter, um dos ganhadores do Prêmio Nobel, "Isto não apenas mantê-lo à noite, perguntando o que essa coisa poderia ser?" Ele está mantendo muitos de nós durante a noite. O que é que esta descoberta significa para o resto do mundo, para as pessoas não envolvidas em descobrir as leis da natureza? A energia escura não impactar diretamente nossas vidas, pelo menos não agora. Nossa galáxia tem bilhões de anos a percorrer antes de a energia escura poderia ser forte o suficiente para destruí-la. Eventos se movem lentamente no universo al-time. Mas se a história serve de guia, a compreensão da física de partículas, o espaço eo tempo provou tempo incrivelmente valioso e outra vez. Grande parte da inovação tecnológica que impulsiona nossa economia hoje é derivado das descobertas da física décadas atrás, de acordo com o "Gathering Storm" relatório de 2006 da Academia Nacional de Ciências. O desenvolvimento da teoria da mecânica quântica da matéria na década de 1920 levou à eletrônica em computadores de hoje, eletrônica industrial e doméstico, a partir do seu iPod para a torradeira. Diagnóstico por imagem utilizada para descobrir o câncer ou outras doenças tem suas raízes na dispersão da luz e partículas de matéria, como estudado por físicos usando aceleradores de partículas. Astrônomos liderou o desenvolvimento de dispositivos de imagem eletrônica que são agora amplamente utilizados em câmeras digitais. Aeroporto scanners de raios X foram construídos por uma empresa dirigida por astrônomos interessados ​​em detectar raios-X de estrelas e galáxias. A lista vai sobre e sobre. Quando Brian Schmidt tornou-se um especialista em supernovas, ele estava pensando sobre como as estrelas explodem, e não um prêmio Nobel. Quando Adam Riess começou a escola de pós-graduação, ele estava pensando sobre como o cosmos evoluiu até os dias atuais. Quando Saul Perlmutter persuadiu seu laboratório para fazer a sua experiência supernova, ele queria que a pesar do universo. Quando Bob Kirshner atrai centenas de alunos para suas aulas de astronomia na Universidade de Harvard, ele ensina-los sobre objetos distantes e eventos que parecem incrivelmente remoto de nossas vidas diárias. Mas a sua paixão pela ciência levou a uma descoberta digna de prêmio Nobel. Ela nos lembra que os Estados Unidos continua a ser um dos líderes na vanguarda da investigação científica ea formação de futuros cientistas. Esta descoberta tem desafiado o nosso melhor teóricos e atraiu inteligente jovens para a ciência. E algum dia distante no futuro, entender como a energia escura poderia ser uma propriedade do espaço vazio por todo o universo pode ter um impacto profundo na forma como vivemos aqui na Terra.