Etterbehandling. Beslag. Reparere. Montering. Valg. Blenderåpning
Spiller en avgjørende rolle i utviklingen av universet. Så langt er imidlertid lite kjent om dette merkelige stoffet. Professor Matthias Bartelmann - Heidelberg Institute for Theoretical Astrophysics - forklarer hvordan det ble utført forskning i mørk materie, og besvarte en rekke spørsmål fra journalister.
og hvordan oppstår det?
Jeg har ingen anelse! Ingen ennå. Den består sannsynligvis av tunge elementarpartikler. Men ingen vet om dette virkelig er partikler. Uansett er de veldig forskjellige fra alt vi har kjent før.
Høres det ut som å oppdage en helt ny dyreart?
Ja, det er riktig, det er en god sammenligning.
Hvem oppdaget Dark Matter og når?
I 1933 undersøkte Fritz Zwicky bevegelsen av galakser i galaktiske klynger, som avhenger av klyngens totale masse. Forskeren la merke til at galakser, gitt sin beregnede masse, beveger seg veldig raskt. Dette var det første hintet om mørk materie. Ingen kjente ting kan forklare hvorfor stjernene i galakser henger sammen: de må fly fra hverandre på grunn av sin høye rotasjonshastighet.
Gravitasjonsobjektiv Foto: Wissensschreiber
Hvilke andre bevis er det?
Et ganske godt bevis er gravitasjonslinseffekten. Fjerne galakser ser forvrengte ut for oss, ettersom lysstråler avbøyer på vei fra materien. Det ligner å se gjennom riflet glass. Og effekten er sterkere enn den ville vært hvis bare synlig materie eksisterte.
Hvordan ser mørk materie ut?
Det kan ikke sees, siden det ikke er noen interaksjon mellom mørkt materiale og elektromagnetisk stråling. Dette betyr at det ikke reflekterer lys og ikke avgir noen stråling.
Hvordan studerer du mørk materie da? Hvilke instrumenter er nødvendige for forskning?
Vi studerer ikke spesielt mørk materie, men bare dens manifestasjoner, for eksempel effekten av et gravitasjonslins. Jeg er teoretiker. Faktisk trenger jeg bare datamaskinen, pennen og arket. Men jeg bruker også data fra store teleskoper på Hawaii og Chile.
Kan mørk materie skildres?
Ja, du kan lage et slags kart over distribusjonen. Akkurat som høydelinjene viser konturene til fjellet på et geografisk kart, her kan du se fra tettheten til linjene, hvor det er spesielt mye mørkt stoff.
Når dukket hun opp?
Mørk materie stammer enten direkte fra Big Bang eller 10.000-100.000 år senere. Men vi studerer fortsatt dette.
Hvor mye mørkt materiale er det?
Ingen kan si sikkert. Men, basert på nyere forskning, tror vi at det er omtrent syv til åtte ganger mer mørk materie i universet enn det er synlig materie.
Datasimuleringer viser spredning av mørkt materie i form av et spindelvev, og vi ser at det akkumuleres i de lyseste områdene
Foto: Volker Springel
Er det et forhold mellom mørk energi og mørk materie?
Sannsynligvis ikke. Mørk energi gir akselerert ekspansjon av universet, mens mørk materie holder galakser sammen.
Hvor kom det fra?
Mørk materie er sannsynligvis overalt, bare den er ikke jevnt fordelt - akkurat som synlig materie danner den klumper.
Hvilken betydning har mørk materie for oss og vårt verdensbilde?
For hverdagen spiller det ingen rolle. Men i astrofysikk er det veldig viktig, ettersom det spiller en avgjørende rolle i utviklingen av universet.
Hva er vårt univers laget av? 4,9% synlig materie, 26,8% mørkt materiale, 68,3% mørk energi Foto: Wissensschreiber
Hva vil det føre til i fremtiden?
Sannsynligvis ikke noe annet. Tidligere var det veldig viktig for utviklingen av universet. I dag holder den bare de enkelte galakser sammen. Og etter hvert som universet fortsetter å ekspandere, blir det stadig vanskeligere for nye strukturer i mørk materie å dukke opp.
Vil det være mulig i fremtiden å vise mørkt stoff direkte med instrumenter?
Ja det er mulig. For eksempel kan du måle vibrasjonene som oppstår når partikler av mørkt materiale kolliderer med atomer i en krystall. Det samme skjer i en partikkelakselerator: hvis elementære partikler tilsynelatende uten grunn flyr i en uventet retning, kan en ukjent partikkel ha skylden. Da ville det være et annet bevis på eksistensen av mørk materie. Tenk deg: du står på en fotballbane og en ball foran deg. Plutselig flyr han av gårde uten noen åpenbar grunn. Noe usynlig må ha slått ham ned.
Hva interesserer deg mest i arbeidet ditt?
Jeg tiltrekkes av antagelsen om at synlig materie bare er en liten brøkdel av alt, og vi har ingen anelse om resten.
Takk for at du tok deg tid. Vi håper du snart lærer mer om mørk materie!
I artiklene i syklusen undersøkte vi strukturen til det synlige universet. Vi snakket om strukturen og partiklene som danner denne strukturen. Om nukleoner, som spiller hovedrollen, siden det er fra dem alt synlig materiale består. Om fotoner, elektroner, nøytrinoer, samt mindre aktører involvert i en universell forestilling som utspiller seg 14 milliarder år siden Big Bang. Det ser ut til at det ikke er mer å snakke om. Men dette er ikke tilfelle. Faktum er at stoffet vi ser bare er en liten del av det vår verden består av. Alt annet er noe vi nesten ikke vet noe om. Dette mystiske "noe" kalles mørk materie.
Hvis skyggen av gjenstander ikke var avhengig av størrelsen på sistnevnte,
men ville ha sin egen vilkårlige vekst, da kanskje
snart ville det ikke være et eneste lyspunkt på hele kloden.
Kozma Prutkov
Hva vil skje med vår verden?
Etter oppdagelsen i 1929 av Edward Hubble av rødskiftet i spektrene til fjerne galakser, ble det klart at universet ekspanderte. Et av spørsmålene som dukket opp i denne forbindelse var følgende: hvor lenge vil utvidelsen fortsette og hvordan vil den ende? Tyngdekraftens tiltrekningskrefter, som virker mellom separate deler av universet, har en tendens til å bremse spredningen av disse delene. Hva retardasjonen vil føre til avhenger av universets totale masse. Hvis den er stor nok, vil tyngdekreftene gradvis stoppe ekspansjonen og den vil bli erstattet av kompresjon. Som et resultat vil universet til slutt "kollapse" igjen til det punktet det en gang begynte å ekspandere fra. Hvis massen er mindre enn en viss kritisk masse, vil ekspansjonen fortsette for alltid. Det er vanligvis vanlig å ikke snakke om masse, men om tetthet, som er relatert til masse ved et enkelt forhold kjent fra skolekurset: tetthet er masse delt på volum.
Den beregnede verdien av universets kritiske gjennomsnittstetthet er omtrent 10 -29 gram per kubikkcentimeter, noe som tilsvarer et gjennomsnitt på fem nukleoner per kubikkmeter. Det bør understrekes at vi snakker om gjennomsnittlig tetthet. Den karakteristiske konsentrasjonen av nukleoner i vann, jord og i deg og meg er omtrent 10 30 per kubikkmeter. I hulrommet som skiller klynger av galakser og okkuperer størstedelen av universets volum, er tettheten imidlertid titalls størrelsesordener lavere. Verdien av konsentrasjonen av nukleoner, gjennomsnittlig over hele volumet i universet, ble målt titalls og hundrevis av ganger, nøye beregnet antall stjerner og gass- og støvskyer ved forskjellige metoder. Resultatene av slike målinger er noe forskjellige, men den kvalitative konklusjonen er uendret: verdien av tettheten til universet når knapt noen få prosent av den kritiske verdien.
Derfor, frem til 70-tallet på XX-tallet, ble det generelt akseptert å forutsi den evige utvidelsen av vår verden, som uunngåelig skulle føre til den såkalte varmedøden. Varmedød er en tilstand i et system når stoffet i det er jevnt fordelt og dets forskjellige deler har samme temperatur. Som en konsekvens er verken overføring av energi fra en del av systemet til en annen, eller omfordeling av materie mulig. I et slikt system skjer ingenting og kan aldri skje igjen. En klar analogi er vann som søles over en overflate. Hvis overflaten er ujevn og det er enda små høydeforskjeller, beveger vann seg langs den fra høyere steder til lavere og samler seg til slutt i lavlandet og danner dammer. Bevegelsen stopper. Alt som var igjen var å trøste meg med det faktum at varmedød ville inntreffe om flere titalls og hundrevis av milliarder av år. Følgelig, i veldig, veldig lang tid, kan man ikke tenke på dette dystre prospektet.
Imidlertid ble det gradvis klart at universets sanne masse er mye større enn den synlige massen som finnes i stjerner og gass- og støvskyer og mest sannsynlig er nær kritisk. Og kanskje akkurat lik henne.
Bevis for eksistensen av mørk materie
Den første indikasjonen på at noe var galt med beregningen av universets masse dukket opp på midten av 30 -tallet av XX -tallet. Den sveitsiske astronomen Fritz Zwicky målte hastigheten med hvilken galakser i koma -klyngen (og dette er en av de største klyngene vi kjenner, den inkluderer tusenvis av galakser) som kretser rundt et felles senter. Resultatet var nedslående: galaksenes hastigheter viste seg å være mye høyere enn man kunne forvente basert på den observerte totale massen av klyngen. Dette betydde at den sanne massen til Coma -klyngen var mye større enn den synlige massen. Men hovedmengden av materie som er tilstede i dette området av universet forblir av en eller annen grunn usynlig og utilgjengelig for direkte observasjon, og manifesterer seg bare gravitasjonelt, det vil si bare som masse.
Tilstedeværelsen av skjult masse i galaksehoper er også påvist ved eksperimenter med den såkalte gravitasjonslinsen. Forklaringen på dette fenomenet følger av relativitetsteorien. I samsvar med den deformerer enhver masse plass og, som en linse, forvrenger den rettlinjede banen til lysstråler. Forvrengningen som forårsaker en klynge av galakser er så stor at den er lett å oppdage. Spesielt fra forvrengningen av bildet av galaksen som ligger bak klyngen, er det mulig å beregne fordelingen av materie i linseklyngen og derved måle dens totale masse. Og det viser seg at det alltid er mange ganger større enn bidraget fra det synlige stoffet i klyngen.
40 år etter Zwickys arbeid, på 70 -tallet, studerte den amerikanske astronomen Vera Rubin rotasjonshastigheten rundt stoffets galaktiske senter i periferien av galakser. I samsvar med Keplers lover (og de følger direkte av loven om universell gravitasjon), når du beveger deg fra midten av en galakse til dens periferi, bør rotasjonshastigheten til galaktiske objekter avta i omvendt forhold til kvadratroten av avstanden til senteret. Målinger har vist at for mange galakser forblir denne hastigheten nesten konstant i en veldig betydelig avstand fra sentrum. Disse resultatene kan tolkes på bare én måte: tettheten av materie i slike galakser reduseres ikke når man beveger seg fra sentrum, men forblir nesten uendret. Siden tettheten av synlig materie (inneholdt i stjerner og interstellar gass) raskt faller mot periferien av galaksen, må den manglende tettheten tilveiebringes av noe som vi av en eller annen grunn ikke kan se. For å kvantitativt forklare de observerte avhengighetene til rotasjonshastigheten av avstanden til sentrum av galakser, kreves det at dette usynlige "noe" er omtrent 10 ganger større enn det vanlige synlige stoffet. Dette "noe" har fått navnet "dark matter" (på engelsk " mørk materie») Og er fortsatt det mest spennende mysteriet innen astrofysikk.
Et annet viktig bevis på tilstedeværelsen av mørkt materiale i vår verden kommer fra beregninger som simulerte dannelsen av galakser, som begynte omtrent 300 tusen år etter starten av Big Bang. Disse beregningene viser at gravitasjonsattraksjonskreftene, som virket mellom spredningsfragmentene av stoffet som oppstår fra eksplosjonen, ikke kunne kompensere for kinetisk energi til spredningen. Stoffet burde rett og slett ikke ha samlet seg i galakser, som vi likevel observerer i moderne tid. Dette problemet ble kalt det galaktiske paradokset, og i lang tid ble det ansett som et alvorlig argument mot Big Bang -teorien. Imidlertid, hvis vi antar at partikler av vanlig materie i det tidlige universet ble blandet med partikler av usynlig mørkt materiale, så faller alt på plass i beregningene og ender begynner å konvergere - dannelsen av galakser fra stjerner, og deretter blir klynger fra galakser mulig. På samme tid, som beregninger viser, ble et stort antall partikler av mørkt materiale først samlet i galakser, og først da, på grunn av tyngdekreftene, ble elementene av vanlig materie samlet på dem, hvis totale masse bare var en få prosent av universets totale masse. Det viser seg at det kjente og tilsynelatende studerte til detaljene i den synlige verden, som vi nylig anså som nesten forståelig, bare er et lite tillegg til noe som universet faktisk består av. Planeter, stjerner, galakser og til og med du og jeg er bare en skjerm for et enormt "noe" som vi ikke aner.
Foto fakta
En klynge av galakser (i nedre venstre del av området rundt) danner en gravitasjonslinse. Det forvrenger formen på objekter som ligger bak linsen - strekker bildene i en retning. Når det gjelder størrelsen og retningen for å trekke, plottet en internasjonal gruppe astronomer fra European Southern Observatory, ledet av forskere fra Paris Institute of Astrophysics, massefordelingen, som er vist i det nedre bildet. Som du kan se, er mye mer masse konsentrert i klyngen enn man kan se gjennom et teleskop.
Å jakte på mørke massive gjenstander er ikke en rask virksomhet, og resultatet ser ikke veldig imponerende ut på bildet. I 1995 la Hubble -teleskopet merke til at en av stjernene i den store magellanske skyen blusset lysere. Denne gløden varte i mer enn tre måneder, men så kom stjernen tilbake til sin naturlige tilstand. Og seks år senere dukket det opp et knapt lysende objekt ved siden av stjernen. Det var en kald dverg som, som passerte 600 lysår fra stjernen, skapte en gravitasjonslinse som forsterker lyset. Beregninger har vist at massen til denne dvergen bare er 5-10% av solens masse.
Til slutt, den generelle relativitetsteorien knytter utvidelseshastigheten til universet utvetydig med den gjennomsnittlige tettheten av saken som er inneholdt i det. Forutsatt at den gjennomsnittlige krumningen i rommet er null, det vil si at Euklides geometri virker i den, og ikke Lobachevsky (som for eksempel er pålitelig verifisert i eksperimenter med relikviestråling), bør denne tettheten være lik 10 -29 gram per kubikkcentimeter. Tettheten til det synlige stoffet er omtrent 20 ganger mindre. De manglende 95% av universets masse er mørk materie. Vær oppmerksom på at tetthetsverdien målt fra universets ekspansjonshastighet er lik den kritiske verdien. De to verdiene, uavhengig beregnet på helt forskjellige måter, er de samme! Hvis universets tetthet i virkeligheten er nøyaktig lik den kritiske, kan dette ikke være et tilfeldig tilfeldighet, men er en konsekvens av en grunnleggende eiendom i vår verden som ennå ikke er forstått og forstått.
Hva er det?
Hva vet vi i dag om mørk materie, som utgjør 95% av universets masse? Nesten ingenting. Men vi vet fortsatt noe. Først og fremst er det ingen tvil om at mørk materie eksisterer - dette bevises uomtvistelig av de fakta som presenteres ovenfor. Vi vet også sikkert at mørk materie eksisterer i flere former. Etter i begynnelsen av XXI århundre, som et resultat av mange års observasjoner i eksperimenter SuperKamiokande(Japan) og SNO (Canada), ble det funnet at nøytrinoer har masse, det ble klart at fra 0,3% til 3% av 95% av den skjulte massen ligger i nøytrinoer som har vært kjent for oss lenge - selv om massen deres er ekstremt liten, men tallet er Det er omtrent en milliard ganger antall nukleoner i universet: hver kubikkcentimeter inneholder i gjennomsnitt 300 nøytrinoer. De resterende 92-95% består av to deler - mørk materie og mørk energi. En ubetydelig brøkdel av mørkt materiale er vanlig baryonisk materie, bygget av nukleoner; tilsynelatende er noen ukjente massive svakt interagerende partikler (den såkalte kalde mørke materien) ansvarlige for resten. Energibalansen i det moderne universet presenteres i tabellen, og historien om de tre siste kolonnene er nedenfor.
Baryonisk mørk materie
En liten (4-5%) del av mørkt materiale er et vanlig stoff som ikke avgir eller nesten ikke avgir sin egen stråling og derfor er usynlig. Eksistensen av flere klasser av slike objekter kan betraktes som eksperimentelt bekreftet. De mest komplekse eksperimentene basert på den samme gravitasjonslinsen har ført til oppdagelsen av de såkalte massive, kompakte haloobjektene, det vil si lokalisert på periferien av galaktiske skiver. Dette krevde å spore millioner av fjerne galakser over flere år. Når en mørk massiv kropp passerer mellom en observatør og en fjern galakse, reduseres lysstyrken for en kort tid (eller øker, siden den mørke kroppen fungerer som et gravitasjonslins). Som et resultat av grundige søk ble slike hendelser identifisert. Naturen til massive kompakte haloobjekter er ikke helt klar. Mest sannsynlig er dette enten avkjølte stjerner (brune dverger) eller planetlignende objekter som ikke er assosiert med stjerner og reiser gjennom galaksen på egen hånd. En annen representant for baryonisk mørk materie er en varm gass som nylig ble oppdaget i galaksehoper av røntgenastronomi, som ikke lyser i det synlige området.
Ikke-baryonisk mørk materie
Hovedkandidatene for ikke-baryonisk mørk materie er den såkalte WIMP (forkortelse for engelsk Svakt interaktive massive partikler- svakt samspillende massive partikler). Det særegne ved WIMP er at de neppe manifesterer seg på noen måte i samspill med et vanlig stoff. Dette er grunnen til at de er den veldig virkelige usynlige mørke materien, og det er derfor de er ekstremt vanskelige å oppdage. WIMP -massen skal være minst ti ganger større enn protonmassen. Søk etter WIMP-er har blitt utført i mange eksperimenter de siste 20-30 årene, men til tross for all innsats har de ennå ikke blitt funnet.
En av ideene er at hvis slike partikler eksisterer, bør jorden i bevegelse med solen i bane rundt midten av galaksen fly gjennom regnet, bestående av WIMP. Til tross for at WIMP er en ekstremt svakt interagerende partikkel, har den fortsatt en veldig liten sannsynlighet for å samhandle med et vanlig atom. Samtidig kan et signal registreres i spesielle installasjoner - veldig komplekse og dyre. Antall slike signaler bør endres gjennom året, fordi jorden beveger seg i en bane rundt solen og endrer hastighet og bevegelsesretning i forhold til vinden, bestående av WIMP. DAMA Experimental Group ved Gran Sasso underjordiske laboratorium i Italia rapporterer de observerte årlige variasjonene i signalantall. Imidlertid har andre grupper ennå ikke bekreftet disse resultatene, og spørsmålet er i hovedsak åpent.
En annen metode for å søke etter WIMP er basert på antagelsen om at i milliarder av år av deres eksistens skulle forskjellige astronomiske objekter (Jorden, Solen, midten av vår galakse) fange WIMP -er som akkumuleres i midten av disse objektene, og tilintetgjøre med hverandre, gi opphav til en nøytrinfluks ... Forsøk på å oppdage overflødig nøytrinfluks fra jordens sentrum mot solen og galaksens sentrum ble utført ved bruk av underjordiske og undersjøiske nøytrindetektorer MACRO, LVD (Gran Sasso-laboratorium), NT-200 (Baikal-sjøen, Russland), SuperKamiokande, AMANDA (Scott stasjon -Amundsen, Sydpolen), men har ennå ikke ført til et positivt resultat.
Eksperimenter for å søke etter WIMP -er utføres også aktivt med partikkelakseleratorer. I følge Einsteins berømte ligning E = mc 2 er energi ekvivalent med masse. Derfor, etter å ha akselerert en partikkel (for eksempel et proton) til en veldig høy energi og kollidert den med en annen partikkel, kan man forvente produksjon av par av andre partikler og antipartikler (inkludert WIMP), hvis totale masse er lik den totale energien til de kolliderende partiklene. Men akseleratorforsøk har ennå ikke ført til et positivt resultat.
Mørk energi
På begynnelsen av forrige århundre introduserte Albert Einstein, som ønsket å sikre den kosmologiske modellen i den generelle relativitetsteorien, uavhengighet fra tid, den såkalte kosmologiske konstanten, som han betegnet med den greske bokstaven "i teoriens likninger" lambda " - Λ. Denne Λ var en rent formell konstant, der Einstein selv ikke så noen fysisk betydning. Etter at universets utvidelse ble oppdaget, forsvant behovet for det. Einstein angret sterkt på at han hadde hastet og kalte den kosmologiske konstanten Λ sin største vitenskapelige feil. Imidlertid tiår senere viste det seg at Hubble -konstanten, som bestemmer ekspansjonshastigheten til universet, endres med tiden, og dens avhengighet av tid kan forklares ved å velge verdien av den samme "feilaktige" Einsteins konstanten Λ, som bidrar til universets latente tetthet. Denne delen av den latente massen ble kalt "mørk energi".
Enda mindre kan sies om mørk energi enn om mørk materie. For det første er den jevnt fordelt i universet, i motsetning til vanlig materie og andre former for mørk materie. Det er like mye av det i galakser og galaksehoper som utenfor dem. For det andre har den flere veldig merkelige egenskaper, som bare kan forstås ved å analysere likhetene til relativitetsteorien og tolke løsningene deres. For eksempel opplever mørk energi anti-tyngdekraften: på grunn av tilstedeværelsen øker ekspansjonshastigheten til universet. Mørk energi presser seg så å si fra hverandre og akselererer samtidig spredningen av vanlig materie samlet i galakser. Og mørk energi har også et negativt trykk, på grunn av hvilken det oppstår en kraft i stoffet som forhindrer det i å strekke seg.
Hovedkandidaten for rollen som mørk energi er vakuum. Energitettheten til vakuumet endres ikke med utvidelsen av universet, noe som tilsvarer undertrykk. En annen kandidat er et hypotetisk supersvakt felt som kalles kvintessens. Håp om avklaring av mørk energis natur er først og fremst forbundet med nye astronomiske observasjoner. Fremskritt i denne retningen vil utvilsomt bringe radikal ny kunnskap til menneskeheten, siden mørk energi uansett burde være en helt uvanlig substans, helt annerledes enn det fysikken har håndtert til nå.
Så vår verden består 95% av noe vi nesten ikke vet noe om. Det er mulig å forholde seg annerledes til et slikt faktum som det ikke er noen tvil om. Han kan forårsake angst, som alltid følger med å møte noe ukjent. Eller fortvilelse, fordi en så lang og komplisert vei for å bygge en fysisk teori som beskriver egenskapene til vår verden, førte til uttalelsen: det meste av universet er skjult for oss og er ukjent for oss.
Men de fleste fysikere gleder seg nå. Erfaring viser at alle gåter som naturen stilte for menneskeheten før eller siden ble løst. Utvilsomt vil mysteriet med mørk materie også bli løst. Og dette vil helt sikkert bringe helt ny kunnskap og konsepter, som vi ikke har peiling på ennå. Og kanskje vil vi møte nye gåter, som igjen også vil bli løst. Men det blir en helt annen historie, som leserne av Kjemi og liv vil kunne lese ikke tidligere enn om noen år. Og kanskje om noen tiår.
Begrepet "mørk materie" (eller latent masse) brukes på forskjellige vitenskapsområder: kosmologi, astronomi, fysikk. Vi snakker om et hypotetisk objekt - en form for innholdet i rom og tid, som direkte samhandler med elektromagnetisk stråling og ikke passerer det gjennom seg selv.
Hva er mørk materie?
Siden uminnelige tider har folk vært bekymret for universets opprinnelse og prosessene som danner det. I teknologiens tidsalder har viktige funn blitt gjort, og det teoretiske grunnlaget er betydelig utvidet. I 1922 oppdaget den britiske fysikeren James Jeans og den nederlandske astronomen Jacobus Kaptein at mye av det galaktiske stoffet er usynlig. Da ble begrepet mørk materie først navngitt - dette er et stoff som ikke kan sees på noen av måtene som er kjent for menneskeheten. Tilstedeværelsen av et mystisk stoff er indikert med indirekte tegn - gravitasjonsfelt, tyngde.
Mørk materie i astronomi og kosmologi
Ved å anta at alle objekter og deler i universet er tiltrukket av hverandre, klarte astronomer å finne massen av det synlige rommet. Men det var en avvik i vekten av det virkelige og det forutsagte. Og forskere har funnet ut at det er en usynlig masse, som står for opptil 95% av all ukjent essens i universet. Mørk materie i verdensrommet har følgende funksjoner:
- underlagt tyngdekraften;
- påvirker andre romobjekter,
- samhandler svakt med den virkelige verden.
Mørk materie - filosofi
Et spesielt sted er okkupert av mørk materie i filosofien. Denne vitenskapen omhandler studiet av verdensorden, livets grunnlag, systemet med synlige og usynlige verdener. Et bestemt stoff, bestemt av rom, tid og omgivende faktorer, ble tatt som det grunnleggende prinsippet. Den mystiske mørke materien i rommet, oppdaget mye senere, endret forståelsen av verden, dens struktur og utvikling. I filosofisk forstand er en ukjent substans, som en blodpropp av rom og tid, tilstede i oss alle, derfor er mennesker dødelige, fordi de består av tid, som har en slutt.
Hva er mørk materie for?
Bare en liten del av romobjekter (planeter, stjerner, etc.) er synlig materie. Etter standardene til forskjellige forskere opptar mørk energi og mørk materie nesten all plass i Kosmos. Førstnevnte står for 21-24%, mens energi står for 72%. Hvert stoff av uklar fysisk natur har sine egne funksjoner:
- Svart energi, som ikke absorberer eller avgir lys, frastøter objekter og får universet til å ekspandere.
- Galakser er bygget på grunnlag av den skjulte massen, kraften tiltrekker seg objekter i verdensrommet, holder dem på plass. Det vil si at det bremser universets ekspansjon.
Hva er mørk materie laget av?
Mørk materie i solsystemet er noe som ikke kan berøres, undersøkes og studeres grundig. Derfor fremsettes flere hypoteser angående dens art og sammensetning:
- Partikler som ikke er kjent for vitenskapen og som deltar i tyngdekraften, er en bestanddel av dette stoffet. Det er umulig å oppdage dem gjennom et teleskop.
- Fenomenet er en klynge av små sorte hull (ikke større enn månen).
Du kan skille mellom to typer skjult masse, avhengig av hastigheten på dens bestanddeler, tettheten av deres akkumulering.
- Varmt. Det er ikke nok til å danne galakser.
- Kald. Består av langsomme, massive blodpropper. Disse komponentene kan være aksjoner og bosoner kjent for vitenskapen.
Finnes det mørk materie?
Alle forsøk på å måle objekter av uutforsket fysisk natur har mislyktes. I 2012 ble bevegelsen av 400 stjerner rundt solen undersøkt, men tilstedeværelsen av skjult materiale i store mengder er ikke bevist. Selv om mørk materie ikke eksisterer i virkeligheten, eksisterer den i teorien. Med sin hjelp forklares det å finne objekter i universet på deres steder. Noen forskere finner bevis for eksistensen av en skjult kosmisk masse. Dens tilstedeværelse i universet forklarer det faktum at galaksehoper ikke flyr i forskjellige retninger og henger sammen.
Mørk materie - interessante fakta
Naturen til den skjulte massen er fortsatt et mysterium, men den fortsetter å interessere vitenskapelige sinn rundt om i verden. Eksperimenter utføres regelmessig ved hjelp av hvilke de prøver å undersøke selve stoffet og dets bivirkninger. Og fakta om henne fortsetter å formere seg. For eksempel:
- Den oppsiktsvekkende Large Hadron Collider, verdens kraftigste partikkelakselerator, opererer med økt kraft for å avsløre eksistensen av usynlig materie i verdensrommet. Verdenssamfunnet venter spent på resultatene.
- Japanske forskere lager verdens første kart over skjult masse i verdensrommet. Det er planlagt å gjøre det ferdig i 2019.
- Nylig foreslo teoretisk fysiker Lisa Randall at mørk materie og dinosaurer er relatert. Dette stoffet sendte en komet til jorden, som ødela livet på planeten.
Komponentene i vår galakse og hele universet er lys og mørk materie, det vil si synlige og usynlige objekter. Hvis moderne teknologi takler studiet av det første, blir metodene stadig forbedret, så er det veldig problematisk å undersøke de skjulte stoffene. Menneskeheten har ennå ikke forstått dette fenomenet. Usynlig, immateriell, men allestedsnærværende mørk materie har vært og er fortsatt et av universets viktigste mysterier.
>Hva mørk materie og mørk energi Univers: romets struktur med et bilde, volum i prosent, innflytelse på objekter, utforskning, utvidelse av universet.
Omtrent 80% av plassen er representert av materiale som er skjult for direkte observasjon. Dette handler om mørk materie- et stoff som ikke produserer energi og lys. Hvordan visste forskerne at den var dominerende?
På 1950 -tallet begynte forskere å studere andre galakser aktivt. Under analysene la de merke til at universet er fylt med mer materiale enn det som kan fanges opp av det "synlige øyet". Talsmenn for mørk materie dukket opp hver dag. Selv om det ikke var noen direkte bevis på dets tilstedeværelse, vokste teorier, det samme gjorde løsningene ved observasjon.
Materialet vi ser kalles baryonisk materie. Det er representert av protoner, nøytroner og elektroner. Det antas at mørkt materiale er i stand til å kombinere baryonisk og ikke-baryonisk materie. For at universet skal forbli i sin vanlige integritet, må mørk materie være i mengden 80%.
Unngåelig materie kan være utrolig vanskelig å finne hvis den inneholder baryonisk materie. Blant utfordrerne er brune og hvite dverger, samt nøytronstjerner. Supermassive sorte hull kan også øke forskjellen. Men de burde ha gjort mer innvirkning enn det forskerne så. Det er også de som mener at mørk materie bør være sammensatt av noe mer uvanlig og sjeldent.
Sammensatt bilde av Hubble -teleskopet som viser en spøkelsesaktig ring av mørk materie i galaksehopen Cl 0024 + 17
Det meste av den vitenskapelige verden mener at det ukjente stoffet hovedsakelig er representert av ikke-baryonisk materie. Den mest populære kandidaten er WIMPS (Weakly Contacting Massive Particles), hvis masse er 10-100 ganger massen til et proton. Men samspillet med vanlig materie er for svakt, noe som gjør det vanskeligere å finne.
Nøytralinoer blir nå nøye vurdert - massive hypotetiske partikler som overstiger nøytrinoer i masse, men er forskjellige i sakte. De er ikke funnet ennå. Det mindre nøytrale aksiomet og urørte fotoner blir også tatt i betraktning som mulige alternativer.
Et annet alternativ er utdatert tyngdekraftskunnskap som må oppdateres.
Usynlig mørk materie og mørk energi
Men hvis vi ikke ser noe, hvordan kan vi bevise at det eksisterer? Og hvorfor bestemte vi oss for at mørk materie og mørk energi er noe ekte?
Massen til store gjenstander beregnes ut fra deres romlige forskyvning. På 1950-tallet antok forskere som så på spiralformede galakser at materiale nær sentrum ville bevege seg mye raskere enn fjernt materiale. Men det viste seg at stjernene beveget seg i samme hastighet, noe som betyr at det var mye mer masse enn tidligere antatt. Den studerte gassen i elliptiske typer viste de samme resultatene. Den samme konklusjonen antydet seg selv: hvis en bare ble veiledet av den tilsynelatende massen, ville de galaktiske klyngene ha kollapset for lenge siden.
Albert Einstein var i stand til å bevise at store universelle objekter er i stand til å bøye og forvride lysstråler. Dette tillot dem å bli brukt som et naturlig forstørrelsesglass. Ved å undersøke denne prosessen har forskere klart å lage et kart over mørk materie.
Det viser seg at det meste av vår verden er representert av et stoff som fremdeles er unnvikende. Du kan lære mer om mørk materie hvis du ser på videoen.
Mørk materie
Fysiker Dmitry Kazakov om universets generelle energibalanse, teorien om skjult masse og mørke materiepartikler:
Hvis vi snakker om materie, så er den mørke utvilsomt leder i prosent. Men generelt tar det bare en fjerdedel av alt. Universet florerer mørk energi.
Siden Big Bang har verdensrommet lansert en ekspansjonsprosess som fortsetter i dag. Forskerne trodde at den første energien til slutt ville ta slutt, og den ville bremse. Men fjerne supernovaer demonstrerer at rommet ikke stopper, men får fart. Alt dette er bare mulig hvis energimengden er så stor at den overvinner gravitasjonspåvirkningen.
Dark Matter and Dark Energy: The Riddle Explained
Vi vet at universet stort sett er mørk energi. Det er en mystisk kraft som får rom til å øke ekspansjonshastigheten til universet. En annen mystisk komponent er mørk materie, som bare opprettholder kontakt med gjenstander ved hjelp av tyngdekraften.
Forskere kan ikke se mørkt materiale i direkte observasjon, men effektene er tilgjengelige for studier. De klarer å fange lys bøyd av gravitasjonskraften til usynlige objekter (gravitasjonslinser). De merker også øyeblikk når stjernen går i bane rundt galaksen mye raskere enn den burde.
Alt dette skyldes tilstedeværelsen av en enorm mengde unnvikende stoff som påvirker masse og hastighet. Faktisk er dette stoffet innhyllet i mystikk. Det viser seg at forskere heller ikke kan si hva som er foran dem, men hva "det" ikke er.
Denne collagen viser bilder av seks forskjellige galaksehoper som er tatt med NASAs Hubble -romteleskop. Klynger ble oppdaget mens de prøvde å undersøke oppførselen til mørkt materie i galaksehoper når de kolliderer
Mørk materie ... mørkt. Det produserer ikke lys og blir ikke observert i direkte utsikt. Derfor ekskluderer vi stjerner og planeter.
Den fungerer ikke som en sky av vanlig materie (slike partikler kalles baryoner). Hvis baryoner var tilstede i mørk materie, ville det manifestere seg i direkte observasjon.
Vi utelukker også sorte hull, fordi de fungerer som gravitasjonslinser som avgir lys. Forskere observerer ikke nok linsehendelser til å beregne mengden mørkt materiale som skal være tilstede.
Selv om universet er det største stedet, begynte det hele med de minste strukturene. Det antas at mørk materie har begynt å kondensere for å lage "byggeklosser" med normalt materiale, og produserer de første galakser og klynger.
For å finne mørkt materiale bruker forskere forskjellige metoder:
- The Large Hadron Collider.
- instrumenter som WNAP og Planck Space Observatory.
- eksperimenter med direkte visning: ArDM, CDMS, Zeplin, XENON, WARP og ArDM.
- indirekte deteksjon: gammastråldetektorer (Fermi), nøytrino-teleskoper (IceCube), antimateriedetektorer (PAMELA), røntgen- og radiodetektorer.
Søkemetoder for mørk materie
Fysiker Anton Baushev om svake interaksjoner mellom partikler, radioaktivitet og jakten på spor etter utslettelse:
Fordypning i mysteriet med mørk materie og mørk energi
Mer enn én gang har forskere ikke bokstavelig talt sett mørk materie, fordi det ikke kommer i kontakt med baryonisk materie, noe som betyr at det forblir unnvikende for lys og andre typer elektromagnetisk stråling. Men forskere er sikre på at de er tilstede, da de observerer virkningen på galakser og klynger.
Standard fysikk sier at stjerner i utkanten av en spiralgalakse bør bremse ned. Men det viser seg at stjerner dukker opp, hvis hastighet ikke følger lokalitetsprinsippet i forhold til sentrum. Dette kan bare forklares med at stjerner påvirkes av usynlig mørk materie i en glorie rundt galaksen.
Tilstedeværelsen av mørk materie er også i stand til å tyde noen av illusjonene som observeres i universets dyp. For eksempel tilstedeværelsen av merkelige ringer og lysbuer i galakser. Det vil si at lys fra fjerne galakser passerer gjennom forvrengningen og forsterkes av et usynlig lag av mørkt materiale (gravitasjonslinser).
Så langt har vi noen ideer om hva mørk materie er. Hovedideen er eksotiske partikler som ikke er i kontakt med vanlig materie og lys, men har kraft i gravitasjonsforstand. Nå jobber flere grupper (noen bruker Large Hadron Collider) med å lage partikler av mørkt materiale for å studere i laboratoriet.
Andre tror innflytelsen kan forklares med en grunnleggende modifikasjon av gravitasjonsteorien. Da får vi flere former for tyngdekraft, som er vesentlig forskjellig fra det vanlige bildet og lovene som er etablert av fysikken.
Det ekspanderende universet og den mørke energien
Den mørke energisituasjonen er enda mer forvirrende, og selve oppdagelsen på 1990 -tallet ble uforutsigbar. Fysikere har alltid trodd at tyngdekraften bremser og en dag kan stoppe prosessen med universell ekspansjon. To lag tok målingen av hastighet på en gang, og begge avslørte til sin overraskelse akselerasjon. Det er som om du kaster et eple i luften og du vet at det må falle ned, og det beveger seg lenger og lenger vekk fra deg.
Det ble klart at akselerasjon var påvirket av en viss kraft. Dessuten ser det ut til at jo bredere universet er, desto mer "kraft" får denne kraften. Forskere har bestemt seg for å betegne det som mørk energi.
Refererer til "Theory of the Universe"Mørk materie og mørk energi i universet
V. A. Rubakov,
Institute for Nuclear Research RAS, Moskva, Russland
1. Introduksjon
Naturvitenskapen er nå i begynnelsen av et nytt, uvanlig interessant stadium i utviklingen. Det er først og fremst bemerkelsesverdig fordi vitenskapen om mikrokosmos - fysikken til elementære partikler - og universets vitenskap - kosmologi - blir en vitenskap om de grunnleggende egenskapene til verden rundt oss. Ved å bruke forskjellige metoder, svarer de på de samme spørsmålene: hva slags materie er universet fylt med i dag? Hva har utviklingen vært tidligere? Hvilke prosesser som fant sted mellom elementarpartikler i det tidlige universet førte til slutt til dets nåværende tilstand? Hvis forholdsvis nylig stoppet diskusjonen om slike spørsmål på hypotesenivå, er det i dag mange eksperimentelle og observasjonsdata som gjør det mulig å få kvantitative (!) Svar på disse spørsmålene. Dette er et annet trekk ved det nåværende stadiet: kosmologi har blitt en eksakt vitenskap de siste 10-15 årene. Allerede i dag er observasjonelle kosmologidata svært nøyaktige; enda mer informasjon om det moderne og tidlige universet vil bli innhentet i de kommende årene.
De nylig oppnådde kosmologiske data krever et radikalt tillegg til moderne begreper om stoffets struktur og de grunnleggende interaksjonene mellom elementære partikler. I dag vet vi alt eller nesten alt om de "mursteinene" som utgjør vanlig materie - atomer, atomkjerner, protoner og nøytroner som utgjør kjerner - og hvordan disse "mursteinene" interagerer med hverandre på avstander opp til 1/1000 størrelsen av atomkjernen (fig. 1). Denne kunnskapen ble oppnådd som et resultat av mange års eksperimentell forskning, hovedsakelig ved akseleratorer, og en teoretisk forståelse av disse eksperimentene. Kosmologiske data indikerer eksistensen av nye typer partikler som ennå ikke er blitt oppdaget under terrestriske forhold og som utgjør "mørk materie" i universet. Mest sannsynlig snakker vi om et helt lag med nye fenomener i mikroverdenens fysikk, og det er fullt mulig at dette fenomenlaget vil bli oppdaget i terrestriske laboratorier i nær fremtid.
|
Et enda mer overraskende resultat av observasjonell kosmologi var indikasjonen på eksistensen av en helt ny form for materie - "mørk energi og".
Hva er egenskapene til mørk materie og mørk energi og? Hvilke kosmologiske bevis tyder på deres eksistens? Hva sier det fra synspunktet til mikroverdenens fysikk? Hva er utsiktene for å studere mørk materie og mørk energi i terrestriske forhold? Dette foredraget er viet til disse spørsmålene.
2. Utvidende univers
Det er en rekke fakta som snakker om universets egenskaper i dag og i den relativt ferske fortiden.
|
Universet som helhet homogen: alle områder i universet ser like ut. Selvfølgelig gjelder dette ikke for små områder: det er områder hvor mange stjerner er galakser; det er områder hvor det er mange galakser - dette er klynger av galakser; Det er også regioner der det er få galakser - dette er gigantiske tomrom. Men regioner på 300 millioner lysår eller mer ser alle like ut. Dette er tydelig bevist av astronomiske observasjoner, som et resultat av at et "kart" over universet er tegnet til avstander på omtrent 10 milliarder lysår fra oss. Det må sies at dette "kartet" fungerer som en kilde til den mest verdifulle informasjonen om det moderne universet, siden det lar en kvantitativt bestemme nøyaktig hvordan materie fordeles i universet.
På ris. 2 viser et fragment av dette kartet som dekker et relativt lite volum av universet. Det kan sees at det er strukturer av en ganske stor størrelse i universet, men generelt er galakser "spredt" i det jevnt.
Univers utvides: galakser beveger seg bort fra hverandre. Plassen er strukket i alle retninger, og jo lenger unna denne eller den galaksen er, desto raskere beveger den seg fra oss. I dag er hastigheten på denne utvidelsen liten: alle avstander vil dobles på omtrent 15 milliarder år, men tidligere var ekspansjonshastigheten mye raskere. Tettheten av materie i universet avtar over tid, og i fremtiden vil universet bli mer og mer sjelden. Tvert imot var universet mye tettere enn det er nå. Universets ekspansjon bevises direkte av "rødhet" av lys som sendes ut fra fjerne galakser eller lyse stjerner: på grunn av den generelle strekkingen av rommet øker lysets bølgelengde i løpet av tiden det flyr mot oss. Det var dette fenomenet som ble etablert av E. Hubble i 1927 og tjente som observasjonsbevis for utvidelsen av universet, spådd tre år tidligere av Alexander Friedman.
Det er bemerkelsesverdig at moderne observasjonsdata gjør det mulig å måle ikke bare ekspansjonshastigheten til universet for tiden, men også å spore ekspansjonshastigheten tidligere. Vi vil snakke om resultatene av disse målingene og de vidtrekkende konklusjonene som følger av dem. Her vil vi si om følgende: selve faktumet om universets ekspansjon, sammen med gravitasjonsteorien - den generelle relativitetsteorien - vitner om at universet tidligere var ekstremt tett og ekspanderte ekstremt raskt. Hvis vi sporer universets evolusjon tilbake til fortiden, ved hjelp av de kjente fysikklovene, kommer vi til den konklusjonen at denne utviklingen begynte fra Big Bang -øyeblikket; i det øyeblikket var saken i universet så tett, og gravitasjonssamspillet var så sterkt at de kjente fysikklovene ikke var anvendelige. Siden den gang har 14 milliarder år gått, dette er alderen til det moderne universet.
Universet er "varmt": det inneholder elektromagnetisk stråling, preget av en temperatur på T = 2,725 grader Kelvin (relikviefotoner, som i dag er radiobølger). Selvfølgelig er denne temperaturen ikke høy i dag (under temperaturen til flytende helium), men dette var langt fra tilfelle tidligere. I ekspansjonsprosessen avkjøles universet, slik at temperaturen, i likhet med stoffets tetthet, i de tidlige stadiene av utviklingen var mye høyere enn i dag. Tidligere var universet varmt, tett og raskt ekspanderende.
Fotografiet vist på ris. 3 , førte til flere viktige og uventede konklusjoner. Først tillot han oss å fastslå at vårt tredimensjonale rom er euklidisk med en god grad av nøyaktighet: summen av vinklene til en trekant i den er 180 grader selv for trekanter med sider, hvis lengder er sammenlignbare med størrelsen av den synlige delen av universet, dvs. sammenlignbar med 14 milliarder lysår. Generelt sett forutsetter generell relativitet at rommet kanskje ikke er euklidisk, men buet; observasjonsdata indikerer at dette ikke er tilfelle (i hvert fall for vår region i universet). Metoden for måling av "summen av vinklene til en trekant" på kosmologiske avstandsskalaer er som følger. Det er mulig å på en pålitelig måte beregne den karakteristiske romlige størrelsen på regioner der temperaturen er forskjellig fra gjennomsnittet: på tidspunktet for plasma-gassovergangen bestemmes denne størrelsen av universets alder, det vil si at den er proporsjonal med 300 tusen lys år. Den observerte vinkelstørrelsen til disse områdene avhenger av geometrien til det tredimensjonale rommet, noe som gjør det mulig å fastslå at denne geometrien er euklidisk.
Når det gjelder den euklidiske geometrien til det tredimensjonale rommet, knytter den generelle relativitetsteorien utvetydig utvidelseshastigheten til universet med totalen tettheten av alle former for energi og, som i den newtonske gravitasjonsteorien, bestemmes hastigheten på jordens revolusjon rundt Solen av solens masse. Den målte ekspansjonshastigheten tilsvarer den totale energitettheten i det moderne universet
Når det gjelder massetetthet (siden energi i er relatert til masse av forholdet E = mc 2 ) dette tallet er
Hvis energien jeg i universet var helt bestemt av resten energi av vanlig materie, så ville det i gjennomsnitt være 5 protoner i universet per kubikkmeter. Vi vil imidlertid se at det er mye mindre vanlig sak i universet.
For det andre, fra fotografiet ris. 3 det er mulig å fastslå hva som var omfanget(amplitude) heterogeniteter temperatur og tetthet i det tidlige universet - det var 10 –4 –10 –5 av gjennomsnittet. Det var fra disse uregelmessighetene i tetthet at galakser og klynger av galakser oppsto: regioner med høyere tetthet tiltrukket den omkringliggende materien på grunn av gravitasjonskrefter, ble enda tettere og dannet til slutt galakser.
Siden inhomogenitetene til den opprinnelige tettheten er kjent, kan prosessen med dannelse av galakser beregnes og resultatet kan sammenlignes med den observerte fordeling av galakser i universet. Denne beregningen er i samsvar med observasjoner bare hvis vi antar at i tillegg til vanlig materie i universet er det en annen type materie - mørk materie, hvis bidrag til den totale energitettheten fortsatt er omtrent 25%.
|
Et annet stadium i universets evolusjon tilsvarer enda tidligere tider, fra 1 til 200 sekunder (!) Fra øyeblikket av Big Bang, da temperaturen i universet nådde milliarder grader. På dette tidspunktet fant termonukleære reaksjoner sted i universet, på samme måte som reaksjonene som fant sted i sentrum av solen eller i en termonukleær bombe. Som et resultat av disse reaksjonene bundet en del av protonene med nøytroner og dannet lette kjerner - kjernene til helium, deuterium og litium -7. Antall dannede lyskjerner kan beregnes, med den eneste ukjente parameteren som tettheten til antall protoner i universet (sistnevnte avtar selvfølgelig på grunn av utvidelsen av universet, men dets verdier til forskjellige tider er rett og slett relatert til hverandre).
En sammenligning av denne beregningen med det observerte antallet lyselementer i universet er gitt i ris. 4 : linjene representerer resultatene av teoretiske beregninger avhengig av den eneste parameteren - tettheten av vanlig materie (baryoner), og rektanglene representerer observasjonsdata. Det er bemerkelsesverdig at det er enighet for alle tre lyskjernene (helium-4, deuterium og litium-7); avtale er også med dataene om relikviestrålingen (vist med den vertikale stripen i figur 4, betegnet CMB - Cosmic Microwave Background). Denne avtalen indikerer at den generelle relativitetsteorien og kjente kjernefysiske lover beskriver universet riktig i en alder av 1–200 sekunder, da stoffet i det hadde en temperatur på en milliard grader eller mer. Det er viktig for oss at alle disse dataene fører til den konklusjonen at massetettheten av vanlig materie i det moderne universet er
det vil si at vanlig materie bare bidrar med 5% til den totale energitettheten i universet også.
4. Energibalanse i det moderne universet
Så andelen av vanlig materie (protoner, atomkjerner, elektroner) i den totale energien i det moderne universet er bare 5%. I tillegg til vanlig materie i universet, er det også relikvienøytrinoer - omtrent 300 nøytrinoer av alle typer per kubikkcentimeter. Deres bidrag til den totale energien ω (masse) i universet er liten, siden nøytrino -massene er små, og absolutt ikke utgjør mer enn 3%. De resterende 90–95% av den totale energien i universet er "ukjent hva". Videre består dette "ukjente hva" av to fraksjoner - mørk materie og mørk energi og, som avbildet i ris. 5 .
|
I dette tilfellet er saken i stjernene fremdeles 10 ganger mindre; vanlig materie finnes hovedsakelig i skyer av gass.
5. Mørk materie
Mørk materie er beslektet med vanlig materie i den forstand at den er i stand til å samle seg i klumper (størrelsen på en galakse eller en klynge av galakser) og deltar i gravitasjonsinteraksjoner på samme måte som vanlig materie. Mest sannsynlig består den av nye partikler som ennå ikke er oppdaget i terrestriske forhold.
|
I tillegg til kosmologiske data, er målinger av gravitasjonsfeltet i galaksehoper og i galakser for eksistensen av mørkt materiale. Det er flere måter å måle gravitasjonsfeltet i galaksehoper, hvorav den ene er gravitasjonslinse, illustrert i ris. 6 .
Gravitasjonsfeltet i klyngen bøyer lysstrålene som sendes ut av galaksen bak klyngen, det vil si at gravitasjonsfeltet fungerer som en linse. Samtidig dukker det noen ganger opp flere bilder av denne fjerne galaksen; på venstre halvdel av fig. 6 de er blå. Lysets krumning avhenger av fordelingen av masse i klyngen, uavhengig av hvilke partikler som lager denne massen. Massefordelingen gjenopprettet på denne måten er vist i høyre halvdel av fig. 6 i blått; det kan sees at det er veldig forskjellig fra fordelingen av lysstoffet. Massene av galaksehoper som er målt på denne måten, stemmer overens med det faktum at mørk materie bidrar med omtrent 25% til den totale energitettheten i universet. Husk at det samme tallet oppnås ved å sammenligne teorien om dannelse av strukturer (galakser, klynger) med observasjoner.
|
Mørk materie finnes også i galakser. Dette følger igjen av målinger av gravitasjonsfeltet, nå i galakser og deres omgivelser. Jo sterkere gravitasjonsfeltet er, desto raskere roterer stjernene og skyene av gass rundt galaksen, slik at målinger av rotasjonshastighetene avhengig av avstanden til midten av galaksen gjør det mulig å rekonstruere massefordelingen i den. Dette er illustrert i ris. 7 : med avstand fra midten av galaksen, reduseres ikke orbitale hastigheter, noe som indikerer at det er ikke-lysende, mørkt materiale i galaksen, inkludert langt fra dens lysende del. I vår galakse, i nærheten av solen, er massen av mørkt materie omtrent lik massen av vanlig materie.
Hva er mørke materiepartikler? Det er klart at disse partiklene ikke skal forfalle til andre, lettere partikler, ellers ville de forfalle under universets eksistens. Dette faktum i seg selv vitner om at naturen handler ny ikke åpnet ennå bevaringslov hindrer disse partiklene i å forfalle. Analogien her er med loven om bevaring av elektrisk ladning: et elektron er den letteste partikkelen med en elektrisk ladning, og det er derfor den ikke forfaller til lettere partikler (for eksempel nøytrinoer og fotoner). Videre interagerer partikler av mørkt materie ekstremt svakt med materien vår, ellers ville de allerede blitt påvist i terrestriske eksperimenter. Deretter begynner området med hypoteser. Den mest sannsynlige (men langt fra den eneste!) Hypotesen ser ut til å være at partikler i mørkt materiale er 100–1000 ganger tyngre enn et proton, og at deres interaksjon med vanlig materie er sammenlignbar i intensitet med nøytrinoer. Det er innenfor rammen av denne hypotesen at den moderne tettheten av mørk materie finner en enkel forklaring: partikler av mørkt materie ble intensivt født og utslettet i det veldig tidlige universet ved ultrahøye temperaturer (ca. 10 15 grader), og noen av dem har overlevd til denne dagen. Med de spesifiserte parametrene til disse partiklene, er deres nåværende tall i universet akkurat det som trengs.
Kan vi forvente at det oppdages partikler av mørkt materiale i nær fremtid under terrestriske forhold? Siden vi i dag ikke kjenner naturen til disse partiklene, er det umulig å svare helt entydig på dette spørsmålet. Utsiktene ser imidlertid ut til å være svært optimistiske.
Det er flere måter å søke etter partikler av mørkt materiale. En av dem er assosiert med eksperimenter med fremtidige høyenergiakseleratorer og kolliderere. Hvis partikler av mørkt materiale faktisk er 100–1000 ganger tyngre enn et proton, vil de bli produsert i kollisjoner av vanlige partikler akselerert ved kolliderer til høye energier d (energi d oppnådd ved eksisterende kolliderer er ikke nok for dette). De umiddelbare utsiktene her er knyttet til Large Hadron Collider (LHC) under bygging ved CERN International Center nær Genève, som vil motta kolliderende stråler av protoner med en energi på 7x7 Teraelectronvolts. Det må sies at ifølge hypotesene som er populære i dag, er partikler av mørkt materiale bare én representant for en ny familie av elementære partikler, så sammen med oppdagelsen av partikler av mørkt materiale kan man håpe på oppdagelsen av en hel klasse nye partikler og nye interaksjoner med akseleratorer. Kosmologi antyder at verden av elementarpartikler langt fra er oppbrukt av de kjente "mursteinene" i dag!
En annen måte er å registrere mørke materiepartikler som flyr rundt oss. Det er på ingen måte noen få av dem: med en masse lik 1000 protonmasser, bør det være her og nå 1000 av disse partiklene i en kubikkmeter. Problemet er at de interagerer ekstremt svakt med vanlige partikler, stoffet er gjennomsiktig for dem. Likevel støter partikler av mørkt stoff innimellom med atomkjerner, og disse kollisjonene kan forhåpentligvis registreres. Søk i denne retningen
|
Til slutt er en annen måte knyttet til registrering av produktene for utslettelse av mørke materiepartikler seg imellom. Disse partiklene bør samle seg i midten av jorden og i midten av solen (stoffet er praktisk talt gjennomsiktig for dem, og de er i stand til å falle ned i jorden eller solen). Der tilintetgjør de med hverandre, og andre partikler, inkludert nøytrinoer, dannes. Disse nøytrinoene passerer fritt gjennom tykkelsen på jorden eller solen, og kan registreres av spesielle installasjoner - nøytrinteleskoper. Et av disse nøytrino-teleskopene ligger i dypet av Baikal-sjøen (NT-200, ris. åtte ), den andre (AMANDA) - dypt inne i isen på Sydpolen.
|
Som vist i ris. ni , kan en nøytrino som for eksempel kommer fra sentrum av solen, med liten sannsynlighet oppleve interaksjon i vann, som et resultat av at det dannes en ladet partikkel (muon), hvorfra lyset registreres. Siden samspillet mellom nøytrinoer og materie er svært svakt, er sannsynligheten for en slik hendelse liten, og det kreves svært store detektorer. Byggingen av en 1 kubikk kilometer detektor har nå begynt på Sydpolen.
Det er andre tilnærminger til søket etter mørke materiepartikler, for eksempel søket etter produktene av deres utslettelse i den sentrale delen av vår galakse. Tiden vil vise hvilken av alle disse banene som vil føre til suksess først, men uansett vil oppdagelsen av disse nye partiklene og studiet av deres egenskaper være en stor vitenskapelig prestasjon. Disse partiklene vil fortelle oss om egenskapene til universet 10–9 s (en milliarddel av et sekund!) Etter Big Bang, da temperaturen i universet var 10 15 grader, og partikler av mørk materie interagerte intensivt med det kosmiske plasmaet.
6. Dark Energy I
Mørk energi I er en mye fremmed substans enn mørk materie. Til å begynne med samler den seg ikke i klumper, men blir jevnt "sølt" i universet. Det er like mye av det i galakser og galaksehoper som utenfor dem. Det mest uvanlige er at den mørke energien jeg i en viss forstand ikke opplever antigravity... Vi har allerede sagt at moderne astronomiske metoder ikke bare kan måle den nåværende ekspansjonshastigheten til universet, men også bestemme hvordan det har endret seg over tid. Så astronomiske observasjoner indikerer at universet i dag (og i nyere tid) utvider seg med akselerasjon: ekspansjonshastigheten vokser med tiden. Dette er meningen med e, og vi kan snakke om antigravity: den vanlige gravitasjonsattraksjonen ville bremse spredningen av galakser, men i vårt univers viser det seg at det motsatte er sant.
Et slikt bilde, generelt sett, motsier ikke den generelle relativitetsteorien, men for denne mørke energien må jeg ha en spesiell egenskap - undertrykk. Dette skiller det skarpt fra vanlige former for materie. Det er ingen overdrivelse å si det naturen til mørk energi er hovedmysteriet med grunnleggende fysikk i det XXI århundre.
En av kandidatene til rollen som mørk energi og - vakuum. Energitettheten og vakuumet endres ikke med utvidelsen av universet, og dette betyr undertrykket av vakuumet. En annen kandidat er et nytt supersvakt felt som gjennomsyrer hele universet; begrepet "kvintessens" brukes om det. Det er andre kandidater, men uansett er selvets mørke energi noe helt utenom det vanlige.
En annen måte å forklare den akselererte ekspansjonen av universet er å anta at gravitasjonslovene i seg selv endres over kosmologiske avstander og kosmologiske tider. En slik hypotese er langt fra ufarlig: forsøk på å generalisere den generelle relativitetsteorien i denne retningen støter på alvorlige vanskeligheter.
Tilsynelatende, hvis en slik generalisering i det hele tatt er mulig, vil den være forbundet med ideen om eksistensen av ytterligere dimensjoner av plass, i tillegg til de tre dimensjonene vi oppfatter i hverdagen.
Dessverre er det i dag ingen synlige måter for direkte eksperimentell undersøkelse av mørk energi under terrestriske forhold. Dette betyr selvfølgelig ikke at nye strålende ideer i denne retningen ikke kan dukke opp i fremtiden, men i dag er håpet om å klargjøre naturen til mørk energi og (eller, bredere, årsakene til den akselererte ekspansjonen av universet) utelukkende forbundet med astronomiske observasjoner og med å skaffe nye. mer nøyaktige kosmologiske data. Vi må finne ut i detalj hvordan universet ekspanderte på et relativt sent stadium av utviklingen, og dette forhåpentligvis vil tillate oss å velge mellom forskjellige hypoteser.
Vi snakker om observasjoner av type 1a supernovaer.
Endringen i energi og med en volumendring bestemmes av trykk, Δ E = -sΔ V... Med utvidelsen av universet vokser vakuumenergien I med volumet (energitettheten er konstant), noe som bare er mulig hvis vakuumtrykket er negativt. Legg merke til at de motsatte tegnene på trykk og energi og vakuum direkte følger av Lorentz invariance.
7. Konklusjon
Som ofte er tilfellet i vitenskapen, har de imponerende fremskrittene innen partikkelfysikk og kosmologi reist uventede og grunnleggende spørsmål. Vi vet ikke i dag hva som utgjør hoveddelen av materien i universet. Vi kan bare gjette hvilke fenomener som oppstår på ultrakorte avstander, og hvilke prosesser som fant sted i universet på de tidligste stadiene av utviklingen. Det er bemerkelsesverdig at svar på mange av disse spørsmålene vil bli funnet i overskuelig fremtid - innen 10-15 år, og kanskje til og med tidligere. Vår tid er tiden for en radikal endring i syn på naturen, og de viktigste funnene er fremover.
DISKUSJON
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
|
||||||||
| Fornit Site Copyright | ||||||||