Ano ang black matter? teorya ng dark matter

2024 May -akda: Henry Conors | [email protected]. Huling binago: 2024-02-12 14:02

Alin ang nauna: ang itlog o ang manok? Ang mga siyentipiko sa buong mundo ay nakikipagpunyagi sa simpleng tanong na ito sa loob ng mga dekada. Ang isang katulad na tanong ay lumitaw tungkol sa kung ano ang sa pinakadulo simula, sa sandali ng paglikha ng Uniberso. Ngunit ito ba, ang nilikhang ito, o ang mga uniberso ay paikot o walang katapusan? Ano ang itim na bagay sa kalawakan at paano ito naiiba sa puting bagay? Sa pagtapon sa iba't ibang uri ng relihiyon, subukan nating lapitan ang mga sagot sa mga tanong na ito mula sa isang siyentipikong pananaw. Sa nakalipas na ilang taon, nagawa ng mga siyentipiko ang hindi maiisip. Marahil sa unang pagkakataon sa kasaysayan, ang mga kalkulasyon ng mga teoretikal na pisiko ay sumang-ayon sa mga kalkulasyon ng mga eksperimentong pisiko. Maraming iba't ibang mga teorya ang ipinakita sa komunidad ng siyensya sa mga nakaraang taon. Higit pa o hindi gaanong tumpak, sa mga empirical na paraan, kung minsan ay parang siyentipiko, gayunpaman, ang teoretikal na kalkuladong data ay kinumpirma pa rin ng mga eksperimento, ang ilan ay may pagkaantala ng higit sa isang dosenang taon (ang Higgs boson, halimbawa).

Dark matter - black energy

Maraming ganoong teorya, halimbawa: String Theory, Big Bang Theory, Cyclic Universe Theory, Parallel Universe Theory, Modified Newtonian Dynamics (MOND), F. Hoyle at iba pa. Gayunpaman, sa kasalukuyan, ang teorya ng isang patuloy na lumalawak at umuunlad na Uniberso ay itinuturing na pangkalahatang tinatanggap, ang mga tesis na kung saan ay angkop na angkop sa loob ng balangkas ng konsepto ng Big Bang. Kasabay nito, quasi-empirically (i.e., empirically, ngunit may malalaking tolerances at batay sa mga umiiral na modernong teorya ng istraktura ng microcosm), nakuha ang data na ang lahat ng microparticle na kilala sa amin ay bumubuo lamang ng 4.02% ng kabuuang dami ng ang buong komposisyon ng Uniberso. Ito ang tinatawag na "baryon cocktail", o baryonic matter. Gayunpaman, ang karamihan sa ating Uniberso (higit sa 95%) ay mga sangkap ng ibang plano, magkakaibang komposisyon at mga katangian. Ito ang tinatawag na black matter at black energy. Magkaiba ang kanilang pag-uugali: iba ang kanilang reaksyon sa iba't ibang uri ng mga reaksyon, hindi naayos sa pamamagitan ng mga kasalukuyang teknikal na paraan, at nagpapakita ng mga hindi pa natuklasang katangian. Mula dito maaari nating tapusin na alinman sa mga sangkap na ito ay sumusunod sa iba pang mga batas ng pisika (Non-Newtonian physics, isang verbal analogue ng Non-Euclidean geometry), o ang ating antas ng pag-unlad ng agham at teknolohiya ay nasa unang yugto pa lamang ng pagbuo nito.

Ano ang mga baryon?

Ayon sa kasalukuyang modelo ng quark-gluon ng malalakas na interaksyon, mayroon lamang labing anim na elementarya na particle (at kinukumpirma ito ng kamakailang pagtuklas ng Higgs boson): anim na uri (flavor) ng quark, walong gluon at dalawang boson. Ang mga baryon ay mabibigat na elementarya na particle na may malakas na interaksyon. Ang pinakatanyag sa kanila ay mga quark, proton at neutron. Ang mga pamilya ng naturang mga sangkap, naiiba saspin, masa, ang kanilang "kulay", pati na rin ang mga bilang ng "kaakit-akit", "kakaibang", ay tiyak na mga bloke ng gusali ng tinatawag nating baryonic matter. Ang itim (madilim) na bagay, na bumubuo ng 21.8% ng kabuuang komposisyon ng Uniberso, ay binubuo ng iba pang mga particle na hindi naglalabas ng electromagnetic radiation at hindi tumutugon dito sa anumang paraan. Samakatuwid, para sa direktang pagmamasid ng hindi bababa sa, at higit pa para sa pagpaparehistro ng naturang mga sangkap, kinakailangan na maunawaan muna ang kanilang pisika at sumang-ayon sa mga batas na kanilang sinusunod. Maraming modernong siyentipiko ang kasalukuyang gumagawa nito sa mga research institute sa buong mundo.

Ang pinakamalamang na opsyon

Anong mga substance ang itinuturing na posible? Upang magsimula, dapat tandaan na mayroon lamang dalawang posibleng mga pagpipilian. Ayon sa GR at SRT (General and Special Relativity), sa mga tuntunin ng komposisyon, ang sangkap na ito ay maaaring parehong baryon at non-baryon dark matter (itim). Ayon sa pangunahing teorya ng Big Bang, ang anumang umiiral na bagay ay kinakatawan sa anyo ng mga baryon. Ang tesis na ito ay napatunayang may napakataas na katumpakan. Sa kasalukuyan, natutunan ng mga siyentipiko na makuha ang mga particle na nabuo isang minuto pagkatapos ng singularity na pagsabog, iyon ay, pagkatapos ng pagsabog ng isang superdense na estado ng matter, na may body mass na may posibilidad na infinity at ang mga sukat ng katawan ay nagiging zero. Ang senaryo na may mga partikulo ng baryon ay ang pinaka-malamang, dahil mula sa kanila na binubuo ang ating Uniberso at sa pamamagitan ng mga ito ay nagpapatuloy ang pagpapalawak nito. itim na bagay,ayon sa palagay na ito, ito ay binubuo ng mga pangunahing particle na karaniwang tinatanggap ng Newtonian physics, ngunit sa ilang kadahilanan ay mahinang nakikipag-ugnayan sa isang electromagnetic na paraan. Kaya naman hindi sila nakikita ng mga detector.

Hindi ito masyadong maayos

Ang sitwasyong ito ay nababagay sa maraming siyentipiko, ngunit mayroon pa ring mas maraming tanong kaysa sa mga sagot. Kung ang parehong itim at puting bagay ay kinakatawan lamang ng mga baryon, kung gayon ang konsentrasyon ng mga magaan na baryon bilang isang porsyento ng mga mabibigat, bilang resulta ng pangunahing nucleosynthesis, ay dapat na naiiba sa mga paunang astronomikal na bagay ng Uniberso. At sa pag-eksperimento, ang presensya sa ating kalawakan ng isang equilibrium na sapat na bilang ng malalaking gravitational na bagay, tulad ng mga black hole o neutron star, ay hindi naihayag upang balansehin ang masa ng halo ng ating Milky Way. Gayunpaman, ang parehong mga neutron star, dark galactic halos, black hole, puti, black at brown dwarf (mga bituin sa iba't ibang yugto ng kanilang ikot ng buhay), malamang, ay bahagi ng dark matter kung saan ang dark matter ay gawa sa. Ang itim na enerhiya ay maaari ding makadagdag sa kanilang pagpuno, kabilang ang mga hinulaang hypothetical na bagay tulad ng preon, quark at Q star.

Non-baryonic candidates

Ang pangalawang senaryo ay nagpapahiwatig ng hindi baryonic na pinagmulan. Dito, maraming uri ng mga particle ang maaaring kumilos bilang mga kandidato. Halimbawa, ang mga light neutrino, ang pagkakaroon nito ay napatunayan na ng mga siyentipiko. Gayunpaman, ang kanilang masa, sa pagkakasunud-sunod ng isang daan hanggang isasampung-libong eV (electron-Volt), halos hindi kasama ang mga ito mula sa mga posibleng particle dahil sa hindi pagkamit ng kinakailangang kritikal na density. Ngunit ang mabibigat na neutrino, na ipinares sa mga mabibigat na lepton, ay halos hindi nagpapakita ng kanilang mga sarili sa mahinang pakikipag-ugnayan sa ilalim ng normal na mga kondisyon. Ang mga naturang neutrino ay tinatawag na sterile; sa kanilang pinakamataas na masa na hanggang sa ikasampu ng isang eV, mas malamang na maging mga kandidato sila para sa mga particle ng dark matter. Ang mga axion at cosmions ay artipisyal na ipinakilala sa mga pisikal na equation upang malutas ang mga problema sa quantum chromodynamics at sa karaniwang modelo. Kasama ng isa pang stable supersymmetric particle (SUSY-LSP), maaari silang maging kwalipikado bilang mga kandidato, dahil hindi sila nakikilahok sa electromagnetic at malakas na pakikipag-ugnayan. Gayunpaman, hindi tulad ng mga neutrino, hypothetical pa rin sila, kailangan pa ring patunayan ang kanilang pag-iral.

Teoryang Black matter

Ang kakulangan ng masa sa Uniberso ay nagbunga ng iba't ibang teorya sa markang ito, ang ilan sa mga ito ay medyo pare-pareho. Halimbawa, ang teorya na hindi kayang ipaliwanag ng ordinaryong gravity ang kakaiba at napakabilis na pag-ikot ng mga bituin sa spiral galaxy. Sa ganoong bilis, lilipad lang sila palayo dito, kung hindi para sa ilang uri ng puwersa ng pagpigil, na hindi pa posible na magrehistro. Ang iba pang mga tesis ng mga teorya ay nagpapaliwanag ng imposibilidad ng pagkuha ng mga WIMP (napakalaking electroweakly na nakikipag-ugnayan na mga particle-mga kasosyo ng elementarya na mga subparticle, supersymmetric at superheavy - iyon ay, mga ideal na kandidato) sa mga kondisyong terrestrial, dahil sila ay nabubuhay sa n-dimension, na iba sa ating tatlong- dimensional na isa. Ayon sa teoryang Kaluza-Klein, ang mga naturang sukat ay hindi magagamit sa atin.

Changing Stars

Inilalarawan ng isa pang teorya kung paano nakikipag-ugnayan ang mga variable na bituin at black matter sa isa't isa. Ang liwanag ng naturang bituin ay maaaring magbago hindi lamang dahil sa mga metaphysical na proseso na nagaganap sa loob (pulsation, chromospheric activity, prominence ejection, spillovers at eclipses sa binary star system, supernova explosion), kundi dahil din sa mga maanomalyang katangian ng dark matter.

WARP drive

Ayon sa isang teorya, ang dark matter ay maaaring gamitin bilang panggatong para sa mga subspace engine ng spacecraft na tumatakbo sa hypothetical na WARP na teknolohiya (WARP Engine). Posible, pinahihintulutan ng naturang mga makina ang barko na gumalaw sa bilis na lampas sa bilis ng liwanag. Sa teorya, nagagawa nilang yumuko ang espasyo sa harap at likod ng barko at ilipat ito sa loob nito nang mas mabilis kaysa sa isang electromagnetic wave na nagpapabilis sa isang vacuum. Ang barko mismo ay hindi bumibilis nang lokal - tanging ang spatial na patlang sa harap nito ay baluktot. Maraming kwentong pantasya ang gumagamit ng teknolohiyang ito, gaya ng Star Trek saga.

Paglago sa mga kondisyong panlupa

Ang mga pagtatangkang gumawa at makakuha ng black matter sa lupa ay hindi pa nagtagumpay. Sa kasalukuyan, ang mga eksperimento ay isinasagawa sa LHC (Large Andron Collider), kung saan mismo unang naitala ang Higgs boson, gayundin sa iba, hindi gaanong malakas, kabilang ang mga linear collider sa paghahanap ngmatatag, ngunit mahinang nakikipag-ugnayan sa electromagnetically na mga kasosyo ng elementarya na mga particle. Gayunpaman, ni photino, o gravitino, o higsino, o sneutrino (neutralino), o iba pang mga WIMP ay hindi pa nakuha. Ayon sa isang paunang maingat na pagtatantya ng mga siyentipiko, upang makakuha ng isang milligram ng dark matter sa mga kondisyong pang-terrestrial, ang katumbas ng enerhiyang natupok sa United States sa buong taon ay kailangan.