Vad är svart materia? mörk materia teori

2024 Författare: Henry Conors | [email protected]. Senast ändrad: 2024-02-12 13:01

Vad kom först: ägget eller hönan? Forskare över hela världen har kämpat med denna enkla fråga i årtionden. En liknande fråga uppstår om vad som var i början, i ögonblicket för skapandet av universum. Men var det denna skapelse, eller är universum cykliska eller oändliga? Vad är svart materia i rymden och hur skiljer den sig från vit materia? Om vi kastar åt sidan olika typer av religion, låt oss försöka närma oss svaren på dessa frågor från en vetenskaplig synvinkel. Under de senaste åren har forskare lyckats göra det otänkbara. Förmodligen för första gången i historien stämde teoretiska fysikers beräkningar överens med experimentella fysikers beräkningar. Flera olika teorier har presenterats för vetenskapssamfundet under åren. Mer eller mindre exakt, på empiriska sätt, ibland kvasi-vetenskapligt, bekräftades dock de teoretiskt beräknade uppgifterna genom experiment, vissa till och med med en fördröjning på mer än ett dussin år (till exempel Higgs-bosonen).

Mörk materia – svart energi

Det finns många sådana teorier, till exempel: String Theory, Big Bang Theory, Cyclic Universe Theory, Parallel Universe Theory, Modified Newtonian Dynamics (MOND), F. Hoyle och andra. Men för närvarande anses teorin om ett ständigt expanderande och utvecklande universum vara allmänt accepterad, vars teser passar bra inom ramen för Big Bang-konceptet. Samtidigt, kvasiempiriskt (dvs empiriskt, men med stora toleranser och baserat på befintliga moderna teorier om mikrokosmos struktur), erhölls data om att alla mikropartiklar som vi känner till endast utgör 4,02 % av den totala volymen av mikrokosmos. hela universums sammansättning. Detta är den så kallade "baryoncocktailen", eller baryonmateria. Men huvuddelen av vårt universum (mer än 95%) är ämnen med en annan plan, olika sammansättning och egenskaper. Detta är den så kallade svarta materien och svarta energin. De beter sig annorlunda: de reagerar olika på olika typer av reaktioner, fixeras inte med befintliga tekniska medel och uppvisar tidigare outforskade egenskaper. Av detta kan vi dra slutsatsen att antingen följer dessa ämnen andra fysiklagar (icke-newtonsk fysik, en verbal analog till icke-euklidisk geometri), eller så är vår utvecklingsnivå av vetenskap och teknik bara i det inledande skedet av dess bildande.

Vad är baryoner?

Enligt den nuvarande kvark-gluonmodellen av starka interaktioner finns det bara sexton elementarpartiklar (och den senaste upptäckten av Higgs-bosonen bekräftar detta): sex typer (smaker) av kvarkar, åtta gluoner och två bosoner. Baryoner är tunga elementarpartiklar med en stark interaktion. De mest kända av dem är kvarkar, protoner och neutroner. Familjer av sådana ämnen, skiljer sig åt ispinn, massor, deras "färg", såväl som antalet "förtrollning", "konstighet", är just byggstenarna i det vi kallar baryonisk materia. Svart (mörk) materia, som utgör 21,8% av universums totala sammansättning, består av andra partiklar som inte avger elektromagnetisk strålning och inte reagerar med den på något sätt. Därför, åtminstone för direkt observation, och ännu mer för registrering av sådana ämnen, är det nödvändigt att först förstå deras fysik och komma överens om de lagar som de lyder. Många moderna forskare gör för närvarande detta på forskningsinstitut runt om i världen.

Det mest troliga alternativet

Vilka ämnen anses vara möjliga? Till att börja med bör det noteras att det bara finns två möjliga alternativ. Enligt GR och SRT (General and Special Relativity), när det gäller sammansättning, kan detta ämne vara både baryon och icke-baryon mörk materia (svart). Enligt huvudteorin om Big Bang representeras all existerande materia i form av baryoner. Denna avhandling har bevisats med extremt hög noggrannhet. För närvarande har forskare lärt sig att fånga partiklar som bildas en minut efter att singulariteten brast, det vill säga efter explosionen av ett supertät materia, med en kroppsmassa som tenderar till oändligheten och kroppsdimensioner som tenderar till noll. Scenariot med baryonpartiklar är det mest sannolika, eftersom det är från dem som vårt universum består och genom dem fortsätter sin expansion. svart materia,enligt detta antagande består den av grundläggande partiklar som allmänt accepteras av Newtons fysik, men som av någon anledning svagt interagerar på ett elektromagnetiskt sätt. Det är därför detektorerna inte upptäcker dem.

Det går inte så smidigt

Det här scenariot passar många forskare, men det finns fortfarande fler frågor än svar. Om både svart och vit materia endast representeras av baryoner, bör koncentrationen av lätta baryoner som en procentandel av tunga, som ett resultat av primär nukleosyntes, vara annorlunda i universums initiala astronomiska objekt. Och experimentellt har närvaron i vår galax av ett tillräckligt antal stora gravitationsobjekt i jämvikt, såsom svarta hål eller neutronstjärnor, inte avslöjats för att balansera massan av halo i vår Vintergatan. Men samma neutronstjärnor, mörka galaktiska glorier, svarta hål, vita, svarta och bruna dvärgar (stjärnor i olika skeden av sin livscykel), är troligen en del av den mörka materia som mörk materia är gjord av. Svart energi kan också komplettera deras fyllning, inklusive förutspådda hypotetiska objekt som preon, kvark och Q-stjärnor.

Icke-baryoniska kandidater

Det andra scenariot innebär ett icke-baryoniskt ursprung. Här kan flera typer av partiklar fungera som kandidater. Till exempel lätta neutrinos, vars existens redan har bevisats av forskare. Men deras massa, i storleksordningen en hundradel till entiotusendels eV (elektronvolt), utesluter dem praktiskt taget från möjliga partiklar på grund av ouppnåeligheten av den nödvändiga kritiska densiteten. Men tunga neutriner, parade med tunga leptoner, manifesterar sig praktiskt taget inte i svaga interaktioner under normala förhållanden. Sådana neutriner kallas sterila; med sin maximala massa på upp till en tiondel av en eV är det mer sannolikt att de är kandidater för partiklar av mörk materia. Axioner och kosmioner har artificiellt introducerats i fysikaliska ekvationer för att lösa problem inom kvantkromodynamik och i standardmodellen. Tillsammans med en annan stabil supersymmetrisk partikel (SUSY-LSP) kan de mycket väl kvalificera sig som kandidater, eftersom de inte deltar i elektromagnetiska och starka interaktioner. Men till skillnad från neutriner är de fortfarande hypotetiska, deras existens måste fortfarande bevisas.

Black matter theory

Avsaknaden av massa i universum ger upphov till olika teorier om detta, av vilka några är ganska konsekventa. Till exempel teorin om att vanlig gravitation inte kan förklara den märkliga och orimligt snabba rotationen av stjärnor i spiralgalaxer. I sådana hastigheter skulle de helt enkelt flyga ur den, om inte för någon form av hållkraft, som ännu inte går att registrera. Andra teoriuppsatser förklarar omöjligheten att erhålla WIMPs (massiva elektrosvagt interagerande partiklar-partners av elementära subpartiklar, supersymmetriska och supertunga - det vill säga idealiska kandidater) under markförhållanden, eftersom de lever i n-dimension, vilket skiljer sig från våra tre- dimensionell en. Enligt Kaluza-Klein-teorin är sådana mätningar inte tillgängliga för oss.

Changing Stars

En annan teori beskriver hur variabla stjärnor och svart materia interagerar med varandra. Ljusstyrkan hos en sådan stjärna kan förändras inte bara på grund av metafysiska processer som sker inuti (pulsering, kromosfärisk aktivitet, prominensutstötning, spillovers och förmörkelser i binära stjärnsystem, supernovaexplosion), utan också på grund av mörk materias anomala egenskaper.

WARP drive

Enligt en teori kan mörk materia användas som bränsle för underrymdsmotorer i rymdfarkoster som arbetar med den hypotetiska WARP-teknologin (WARP Engine). Potentiellt tillåter sådana motorer fartyget att röra sig med hastigheter som överstiger ljusets hastighet. Teoretiskt sett kan de böja utrymmet framför och bakom skeppet och flytta det i det ännu snabbare än en elektromagnetisk våg accelererar i ett vakuum. Fartyget självt accelererar inte lok alt - bara det rumsliga fältet framför det är böjt. Många fantasyhistorier använder den här tekniken, till exempel Star Trek-sagan.

Tillväxt i markförhållanden

Försök att generera och få fram svart materia på jorden har ännu inte varit framgångsrika. För närvarande utförs experiment vid LHC (Large Andron Collider), exakt där Higgs-bosonen först registrerades, såväl som vid andra, mindre kraftfulla, inklusive linjära kolliderare i jakt påstabila, men elektromagnetiskt svagt interagerande partner till elementarpartiklar. Men varken photino, gravitino, higsino, eller sneutrino (neutralino), eller andra WIMPs har ännu erhållits. Enligt en preliminär försiktig uppskattning av forskare behövs för att erhålla ett milligram mörk materia under markförhållanden, motsvarande energi som förbrukats i USA under året.