Қара зат дегеніміз не? қараңғы материя теориясы

2024 Автор: Henry Conors | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-02-12 09:52

Қайсысы бірінші келді: жұмыртқа ма, тауық па? Бүкіл әлем ғалымдары осы қарапайым сұрақпен ондаған жылдар бойы күресіп келеді. Осыған ұқсас сұрақ Әлемнің жаратылу сәтінде не болды деген сұрақ туындайды. Бірақ бұл жаратылыс па, әлде ғаламдар циклді ме, әлде шексіз бе? Ғарыштағы қара зат дегеніміз не және оның ақ заттан айырмашылығы неде? Діннің сан алуан түрлерін тастап, осы сұрақтардың жауабына ғылыми тұрғыдан келуге тырысайық. Соңғы бірнеше жылда ғалымдар ойға келмейтін нәрсені жасай алды. Тарихта алғаш рет теоретик-физиктердің есептеулері тәжірибелік физиктердің есептеулерімен келіскен шығар. Осы жылдар ішінде ғылыми қоғамдастыққа бірнеше түрлі теориялар ұсынылды. Азды-көпті дәлірек, эмпирикалық жолдармен, кейде квази-ғылыми түрде, дегенмен, теориялық есептелген деректер эксперименттермен, тіпті кейбіреулері тіпті он екі жылдан астам кешіктірумен (мысалы, Хиггс бозоны) расталды.

Қара материя - қара энергия

Осындай көптеген теориялар бар, мысалы: Жолдар теориясы, Үлкен жарылыс теориясы, Циклдік Әлем теориясы, Параллельді Әлем теориясы, Модификацияланған Ньютон динамикасы (MOND), Ф. Хойл және басқалар. Дегенмен, қазіргі уақытта үнемі кеңейіп, дамып келе жатқан Әлем теориясы жалпы қабылданған деп саналады, оның тезистері Үлкен жарылыс тұжырымдамасы аясында жақсы сәйкес келеді. Сонымен бірге квазиэмпирикалық (яғни эмпирикалық, бірақ үлкен төзімділікпен және микроәлем құрылымының қазіргі заманғы теорияларына негізделген) бізге белгілі барлық микробөлшектердің жалпы көлемінің 4,02% ғана құрайтыны туралы деректер алынды. Әлемнің бүкіл құрамы. Бұл «барион коктейлі» немесе бариондық зат деп аталады. Дегенмен, біздің Ғаламның негізгі бөлігі (95% -дан астамы) басқа жоспардағы, әртүрлі құрамы мен қасиеттері бар заттар. Бұл қара зат және қара энергия деп аталады. Олар әртүрлі әрекет етеді: олар әртүрлі реакцияларға әртүрлі әсер етеді, қолданыстағы техникалық құралдармен бекітілмейді және бұрын зерттелмеген қасиеттерді көрсетеді. Бұдан мынандай қорытынды жасауға болады: не бұл заттар физиканың басқа заңдарына бағынады (Ньютондық емес физика, евклидтік емес геометрияның сөздік аналогы), немесе біздің ғылым мен техниканың даму деңгейі оның қалыптасуының бастапқы кезеңінде ғана.

Бариондар дегеніміз не?

Күшті өзара әрекеттесулердің қазіргі кварк-глюондық моделіне сәйкес тек он алты элементар бөлшек бар (жақында Хиггс бозонының ашылуы мұны растайды): кварктардың алты түрі (хош иістер), сегіз глюон және екі бозон. Бариондар - күшті әсерлесетін ауыр элементар бөлшектер. Олардың ең танымалдары кварктар, протон және нейтрондар. Мұндай заттардың отбасылары ерекшеленедіспин, массалар, олардың «түсі», сондай-ақ «сиқырлық», «біртүрлілік» сандары дәл бариондық материя деп атайтын нәрсенің құрылыс материалы болып табылады. Ғаламның жалпы құрамының 21,8% құрайтын қара (қараңғы) материя электромагниттік сәуле шығармайтын және онымен ешқандай реакцияға түспейтін басқа бөлшектерден тұрады. Сондықтан, кем дегенде тікелей бақылау үшін, тіпті одан да көп мұндай заттарды тіркеу үшін алдымен олардың физикасын түсініп, олар бағынатын заңдарды келісу керек. Қазіргі уақытта көптеген заманауи ғалымдар мұны дүние жүзіндегі ғылыми-зерттеу институттарында жасауда.

Ең ықтимал нұсқа

Қандай заттар мүмкін деп есептеледі? Бастау үшін тек екі мүмкін нұсқа бар екенін атап өткен жөн. GR және SRT (Жалпы және Арнайы салыстырмалық) бойынша, құрамы жағынан бұл зат бариондық және бариондық емес қара материя (қара) бола алады. Үлкен жарылыстың негізгі теориясына сәйкес, кез келген бар материя бариондар түрінде ұсынылған. Бұл тезис өте жоғары дәлдікпен дәлелденді. Қазіргі уақытта ғалымдар сингулярлық жарылыстан бір минуттан кейін, яғни заттың аса тығыз күйінің жарылысынан кейін, дене массасы шексіздікке, ал дене өлшемдері нөлге ұмтылған кезде пайда болған бөлшектерді түсіруді үйренді. Барион бөлшектері бар сценарий ең ықтимал, өйткені біздің Ғалам солардан тұрады және олар арқылы кеңеюін жалғастырады. қара зат,бұл болжамға сәйкес ол Ньютон физикасы жалпы қабылданған, бірақ қандай да бір себептермен электромагниттік жолмен әлсіз әрекеттесетін негізгі бөлшектерден тұрады. Сондықтан детекторлар оларды анықтамайды.

Оншалықты біркелкі емес

Бұл сценарий көптеген ғалымдарға сәйкес келеді, бірақ жауаптардан гөрі сұрақтар әлі де көп. Егер ақ және қара зат тек бариондармен ұсынылған болса, онда бірінші реттік нуклеосинтез нәтижесінде жеңіл бариондардың ауыр заттардың пайыздық қатынасындағы концентрациясы Әлемнің бастапқы астрономиялық объектілерінде әртүрлі болуы керек. Біздің галактикада қара тесіктер немесе нейтрондық жұлдыздар сияқты үлкен гравитациялық объектілердің жеткілікті тепе-теңдік санының болуы біздің Құс жолы ореолының массасын теңестіру үшін эксперименталды түрде анықталған жоқ. Дегенмен, бірдей нейтрондық жұлдыздар, қараңғы галактикалық ореолдар, қара тесіктер, ақ, қара және қоңыр ергежейлілер (өмірлік циклінің әртүрлі кезеңдеріндегі жұлдыздар), ең алдымен, қараңғы материя құрайтын қараңғы материяның бөлігі болып табылады. Қара энергия сонымен қатар преон, кварк және Q жұлдыздары сияқты болжамды болжамды нысандарды қоса, олардың толтырылуын толықтыра алады.

Бариондық емес үміткерлер

Екінші сценарий бариондық емес шығуды білдіреді. Мұнда бөлшектердің бірнеше түрі үміткер ретінде әрекет ете алады. Мысалы, бар екенін ғалымдар дәлелдеген жеңіл нейтринолар. Дегенмен, олардың массасы, жүзден бірге дейінон мыңдық эВ (электрон-Вольт), қажетті критикалық тығыздықтың қол жетімсіздігіне байланысты оларды ықтимал бөлшектерден іс жүзінде жоққа шығарады. Бірақ ауыр лептондармен жұптастырылған ауыр нейтринолар қалыпты жағдайда әлсіз өзара әрекеттесуде іс жүзінде көрінбейді. Мұндай нейтринолар стерильді деп аталады; олардың максималды массасы эВ оннан біріне дейін, олар қараңғы зат бөлшектеріне үміткер болу ықтималдығы жоғары. Кванттық хромодинамикадағы және стандартты модельдегі есептерді шешу үшін физикалық теңдеулерге аксиондар мен ғарыштар жасанды түрде енгізілді. Басқа тұрақты суперсимметриялық бөлшекпен (SUSY-LSP) бірге олар кандидат ретінде жарамды болуы мүмкін, өйткені олар электромагниттік және күшті өзара әрекеттесулерге қатыспайды. Дегенмен, нейтринолардан айырмашылығы, олар әлі де гипотетикалық, олардың бар екендігін әлі де дәлелдеу қажет.

Қара зат теориясы

Ғаламдағы массаның болмауы осы есеп бойынша әртүрлі теорияларды тудырады, олардың кейбіреулері әбден сәйкес келеді. Мысалы, кәдімгі гравитация жұлдыздардың спиральды галактикалардағы біртүрлі және шектен тыс жылдам айналуын түсіндіре алмайды деген теория. Мұндай жылдамдықта олар әлі тіркелу мүмкін емес қандай да бір ұстау күші болмаса, одан ұшып кетер еді. Теориялардың басқа тезистері жер бетіндегі жағдайларда WIMP-ті (массивті электр әлсіз әрекеттесетін бөлшектер – элементар қосалқы бөлшектердің серіктестері, суперсимметриялық және аса ауыр – яғни идеал кандидаттар) алудың мүмкін еместігін түсіндіреді, өйткені олар біздің үш өлшемді өлшемдерден ерекшеленетін n-өлшемде өмір сүреді. өлшемді бір. Калуза-Кляйн теориясына сәйкес, мұндай өлшемдер бізге қол жетімді емес.

Жұлдыздарды өзгерту

Тағы бір теория айнымалы жұлдыздар мен қара материяның бір-бірімен қалай әрекеттесетінін сипаттайды. Мұндай жұлдыздың жарқырауы тек ішінде болатын метафизикалық процестерге (пульсация, хромосфералық белсенділік, көздің шығуы, қос жұлдыздар жүйесіндегі төгілулер мен тұтылулар, супернованың жарылысы) ғана емес, сонымен қатар қараңғы материяның аномальды қасиеттеріне байланысты өзгеруі мүмкін.

WARP дискі

Бір теорияға сәйкес, қараңғы материя гипотетикалық WARP технологиясында (WARP Engine) жұмыс істейтін ғарыш кемелерінің ғарыштық қозғалтқыштары үшін отын ретінде пайдаланылуы мүмкін. Мүмкін, мұндай қозғалтқыштар кемеге жарық жылдамдығынан асатын жылдамдықпен қозғалуға мүмкіндік береді. Теориялық тұрғыдан олар кеменің алдындағы және артындағы кеңістікті бүгіп, оны вакуумда электромагниттік толқын тездететіннен де жылдамырақ жылжыта алады. Кеменің өзі жергілікті түрде жылдамдамайды - тек оның алдындағы кеңістік өрісі иілген. Көптеген қиял-ғажайып хикаялар осы технологияны пайдаланады, мысалы, Star Trek дастаны.

Жер бетіндегі жағдайдағы өсу

Жердегі қара затты жасау және алу әрекеттері әлі сәтті болған жоқ. Қазіргі уақытта Хиггс бозоны алғаш рет тіркелген LHC (Үлкен Андрондық коллайдер), сондай-ақ басқа қуаттылығы төмен, оның ішінде сызықтық коллайдерлерді іздеуде эксперименттер жүргізілуде.тұрақты, бірақ электромагниттік жағынан әлсіз әрекеттесетін элементар бөлшектердің серіктестері. Дегенмен, фотино да, гравитино да, хигсино да, снейтрино да (нейтралино) да, басқа WIMP-тер де әлі алынған жоқ. Ғалымдардың алдын ала жасаған сақтық есебіне сәйкес, жер бетіндегі жағдайда бір миллиграмм қараңғы зат алу үшін АҚШ-та бір жыл бойы тұтынылатын энергияның баламасы қажет.