Hva er svart materie? mørk materie teori

2024 Forfatter: Henry Conors | [email protected]. Sist endret: 2024-02-12 11:36

Hva kom først: egget eller kyllingen? Forskere over hele verden har slitt med dette enkle spørsmålet i flere tiår. Et lignende spørsmål oppstår om hva som var helt i begynnelsen, i øyeblikket da universet ble skapt. Men var det denne skapelsen, eller er universene sykliske eller uendelige? Hva er svart materie i rommet og hvordan skiller den seg fra hvit materie? Ved å kaste ulike typer religion til side, la oss prøve å nærme oss svarene på disse spørsmålene fra et vitenskapelig synspunkt. I løpet av de siste årene har forskere klart å gjøre det utenkelige. Sannsynligvis for første gang i historien stemte beregningene til teoretiske fysikere med beregningene til eksperimentelle fysikere. Flere forskjellige teorier har blitt presentert for det vitenskapelige miljøet gjennom årene. Mer eller mindre nøyaktig, på empiriske måter, noen ganger kvasi-vitenskapelig, ble imidlertid de teoretiske beregnede dataene likevel bekreftet av eksperimenter, noen til og med med en forsinkelse på mer enn et dusin år (for eksempel Higgs-bosonet).

Mørk materie - svart energi

Det finnes mange slike teorier, for eksempel: String Theory, Big Bang Theory, Cyclic Universe Theory, Parallel Universe Theory, Modified Newtonian Dynamics (MOND), F. Hoyle og andre. Men i dag anses teorien om et konstant ekspanderende og utviklende univers som allment akseptert, hvis teser passer godt innenfor rammen av Big Bang-konseptet. På samme tid, kvasi-empirisk (dvs. empirisk, men med store toleranser og basert på eksisterende moderne teorier om strukturen til mikrokosmos), ble det innhentet data om at alle mikropartikler kjent for oss utgjør bare 4,02 % av det totale volumet av hele sammensetningen av universet. Dette er den såk alte "baryoncocktailen", eller baryonmaterie. Imidlertid er hoveddelen av universet vårt (mer enn 95%) stoffer med en annen plan, annen sammensetning og egenskaper. Dette er den såk alte svarte materien og svart energi. De oppfører seg annerledes: de reagerer forskjellig på ulike typer reaksjoner, er ikke fikset med eksisterende tekniske midler, og viser tidligere uutforskede egenskaper. Fra dette kan vi konkludere med at enten adlyder disse stoffene andre fysikklover (ikke-newtonsk fysikk, en verbal analog av ikke-euklidsk geometri), eller så er utviklingsnivået vårt for vitenskap og teknologi bare i det innledende stadiet av dets dannelse.

Hva er baryoner?

I henhold til den nåværende kvark-gluon-modellen for sterke interaksjoner, er det bare seksten elementærpartikler (og den nylige oppdagelsen av Higgs-bosonet bekrefter dette): seks typer (smaker) av kvarker, åtte gluoner og to bosoner. Baryoner er tunge elementærpartikler med en sterk interaksjon. De mest kjente av dem er kvarker, protoner og nøytroner. Familier av slike stoffer, forskjellige ispinn, masser, deres "farge", samt tallene for "fortryllelse", "merkelighet", er nettopp byggesteinene i det vi kaller baryonisk materie. Svart (mørk) materie, som utgjør 21,8 % av den totale sammensetningen av universet, består av andre partikler som ikke sender ut elektromagnetisk stråling og ikke reagerer med den på noen måte. Derfor, i det minste for direkte observasjon, og enda mer for registrering av slike stoffer, er det nødvendig å først forstå fysikken deres og bli enige om lovene de adlyder. Mange moderne forskere gjør for tiden dette ved forskningsinstitutter rundt om i verden.

Det mest sannsynlige alternativet

Hvilke stoffer anses som mulig? Til å begynne med bør det bemerkes at det bare er to mulige alternativer. I følge GR og SRT (General and Special Relativity), når det gjelder sammensetning, kan dette stoffet være både baryon og ikke-baryon mørk materie (svart). I følge hovedteorien om Big Bang er enhver eksisterende materie representert i form av baryoner. Denne oppgaven er bevist med ekstremt høy nøyaktighet. For tiden har forskere lært å fange partikler dannet et minutt etter at singulariteten brast, det vil si etter eksplosjonen av en supertett materietilstand, med en kroppsmasse som tenderer til det uendelige og kroppsdimensjonene til null. Scenariet med baryonpartikler er det mest sannsynlige, siden det er fra dem universet vårt består og gjennom dem fortsetter dets ekspansjon. svart materie,i henhold til denne antakelsen består den av grunnleggende partikler som er generelt akseptert av newtonsk fysikk, men som av en eller annen grunn virker svakt på en elektromagnetisk måte. Det er grunnen til at detektorene ikke oppdager dem.

Det går ikke så greit

Dette scenariet passer for mange forskere, men det er fortsatt flere spørsmål enn svar. Hvis både svart og hvit materie bare er representert av baryoner, bør konsentrasjonen av lette baryoner som en prosentandel av tunge, som et resultat av primær nukleosyntese, være forskjellig i de første astronomiske objektene i universet. Og eksperimentelt har tilstedeværelsen i vår galakse av et tilstrekkelig antall store gravitasjonsobjekter, som sorte hull eller nøytronstjerner, ikke blitt avslørt for å balansere massen til haloen til Melkeveien vår. Imidlertid er de samme nøytronstjernene, mørke galaktiske glorier, sorte hull, hvite, svarte og brune dverger (stjerner i forskjellige stadier av livssyklusen), mest sannsynlig en del av den mørke materien som mørk materie er laget av. Svart energi kan også komplementere fyllingen deres, inkludert antatte hypotetiske objekter som preon, kvark og Q-stjerner.

Ikke-baryoniske kandidater

Det andre scenariet innebærer en ikke-baryonisk opprinnelse. Her kan flere typer partikler fungere som kandidater. For eksempel lette nøytrinoer, hvis eksistens allerede er bevist av forskere. Imidlertid deres masse, i størrelsesorden en hundredel til enti tusendels eV (elektron-volt), utelukker dem praktisk t alt fra mulige partikler på grunn av uoppnåeligheten til den nødvendige kritiske tettheten. Men tunge nøytrinoer, sammen med tunge leptoner, manifesterer seg praktisk t alt ikke i svake interaksjoner under normale forhold. Slike nøytrinoer kalles sterile; med sin maksimale masse på opptil en tidel av en eV, er det mer sannsynlig at de er kandidater for mørk materiepartikler. Aksjoner og kosmioner har blitt kunstig introdusert i fysiske ligninger for å løse problemer i kvantekromodynamikk og i standardmodellen. Sammen med en annen stabil supersymmetrisk partikkel (SUSY-LSP) kan de godt kvalifisere som kandidater, siden de ikke deltar i elektromagnetiske og sterke interaksjoner. Men i motsetning til nøytrinoer er de fortsatt hypotetiske, deres eksistens må fortsatt bevises.

Black matter theory

Mangelen på masse i universet gir opphav til forskjellige teorier om dette partituret, hvorav noen er ganske konsistente. For eksempel teorien om at vanlig gravitasjon ikke er i stand til å forklare den merkelige og ublu raske rotasjonen av stjerner i spiralgalakser. Ved slike hastigheter ville de rett og slett flydd ut av den, hvis ikke for en slags holdekraft, som ennå ikke er mulig å registrere. Andre teorier forklarer umuligheten av å oppnå WIMP-er (massive elektrosvakt interagerende partikler-partnere til elementære subpartikler, supersymmetriske og supertunge - det vil si ideelle kandidater) under terrestriske forhold, ettersom de lever i n-dimensjon, som er forskjellig fra våre tre- dimensjonal en. I følge Kaluza-Klein-teorien er slike målinger ikke tilgjengelige for oss.

Changing Stars

En annen teori beskriver hvordan variable stjerner og svart materie interagerer med hverandre. Lysstyrken til en slik stjerne kan endres ikke bare på grunn av metafysiske prosesser som skjer inne (pulsering, kromosfærisk aktivitet, prominensutkast, spillovers og formørkelser i binære stjernesystemer, supernovaeksplosjon), men også på grunn av de unormale egenskapene til mørk materie.

WARP-kjøring

Ifølge én teori kan mørk materie brukes som drivstoff for underromsmotorer til romfartøyer som opererer på den hypotetiske WARP-teknologien (WARP Engine). Potensielt lar slike motorer skipet bevege seg med hastigheter som overstiger lysets hastighet. Teoretisk sett er de i stand til å bøye rommet foran og bak skipet og flytte det inn i det enda raskere enn en elektromagnetisk bølge akselererer i et vakuum. Selve skipet akselererer ikke lok alt - bare romfeltet foran er bøyd. Mange fantasyhistorier bruker denne teknologien, for eksempel Star Trek-sagaen.

Vekst i terrestriske forhold

Forsøk på å generere og skaffe svart materie på jorden har ennå ikke vært vellykket. For tiden utføres eksperimenter ved LHC (Large Andron Collider), nøyaktig der Higgs-bosonet først ble registrert, så vel som ved andre, mindre kraftige, inkludert lineære kollidere på jakt etterstabile, men elektromagnetisk svakt samvirkende partnere til elementærpartikler. Imidlertid er verken photino, gravitino, higsino, eller sneutrino (nøytralino), eller andre WIMP-er ennå oppnådd. I følge et foreløpig forsiktig estimat fra forskere, for å oppnå ett milligram mørk materie under terrestriske forhold, trengs det tilsvarende energien som forbrukes i USA i løpet av året.