Hvad er sort stof? teori om mørkt stof

2024 Forfatter: Henry Conors | [email protected]. Sidst ændret: 2024-02-12 05:26

Hvad kom først: ægget eller kyllingen? Forskere over hele verden har kæmpet med dette simple spørgsmål i årtier. Et lignende spørgsmål opstår om, hvad der var i begyndelsen, i øjeblikket for universets skabelse. Men var det denne skabelse, eller er universerne cykliske eller uendelige? Hvad er sort stof i rummet, og hvordan adskiller det sig fra hvidt stof? Lad os skubbe forskellige former for religion til side, og lad os prøve at nærme os svarene på disse spørgsmål fra et videnskabeligt synspunkt. I løbet af de sidste par år har videnskabsmænd formået at gøre det utænkelige. Sandsynligvis for første gang i historien stemte teoretiske fysikeres beregninger overens med eksperimentelle fysikeres beregninger. Flere forskellige teorier er blevet præsenteret for det videnskabelige samfund gennem årene. Mere eller mindre præcist, på empiriske måder, nogle gange kvasi-videnskabeligt, blev de teoretiske beregnede data dog ikke desto mindre bekræftet af eksperimenter, nogle endda med en forsinkelse på mere end et dusin år (f.eks. Higgs-bosonen).

Mørkt stof - sort energi

Der er mange sådanne teorier, for eksempel: String Theory, Big Bang Theory, Cyclic Universe Theory, Parallel Universe Theory, Modified Newtonian Dynamics (MOND), F. Hoyle og andre. Men på nuværende tidspunkt anses teorien om et konstant ekspanderende og udviklende univers for generelt accepteret, hvis teser passer godt inden for rammerne af Big Bang-konceptet. Samtidig blev der kvasi-empirisk (dvs. empirisk, men med store tolerancer og baseret på eksisterende moderne teorier om strukturen af mikrokosmos) opnået data om, at alle mikropartikler, vi kender, kun udgør 4,02 % af det samlede volumen af mikrokosmos. hele universets sammensætning. Dette er den såkaldte "baryoncocktail", eller baryonisk stof. Imidlertid er hovedparten af vores univers (mere end 95%) stoffer med en anden plan, forskellig sammensætning og egenskaber. Dette er det såkaldte sorte stof og sort energi. De opfører sig forskelligt: de reagerer forskelligt på forskellige slags reaktioner, er ikke fikset med eksisterende tekniske midler og udviser tidligere uudforskede egenskaber. Ud fra dette kan vi konkludere, at enten adlyder disse stoffer andre fysiklove (ikke-newtonsk fysik, en verbal analog til ikke-euklidisk geometri), eller også er vores udviklingsniveau for videnskab og teknologi kun på den indledende fase af dens dannelse.

Hvad er baryoner?

Ifølge den nuværende kvark-gluon-model for stærke interaktioner er der kun seksten elementarpartikler (og den nylige opdagelse af Higgs-bosonen bekræfter dette): seks typer (smag) af kvarker, otte gluoner og to bosoner. Baryoner er tunge elementarpartikler med en stærk interaktion. De mest berømte af dem er kvarker, protoner og neutroner. Familier af sådanne stoffer, der adskiller sig ispin, masser, deres "farve", såvel som antallet af "fortryllelse", "mærkelighed", er netop byggestenene i det, vi kalder baryonisk stof. Sort (mørkt) stof, som udgør 21,8 % af universets samlede sammensætning, består af andre partikler, der ikke udsender elektromagnetisk stråling og ikke reagerer med den på nogen måde. Derfor, for i det mindste direkte observation, og endnu mere for registrering af sådanne stoffer, er det nødvendigt først at forstå deres fysik og blive enige om de love, som de adlyder. Mange moderne videnskabsmænd gør i øjeblikket dette på forskningsinstitutter rundt om i verden.

Den mest sandsynlige mulighed

Hvilke stoffer anses for at være mulige? Til at begynde med skal det bemærkes, at der kun er to mulige muligheder. Ifølge GR og SRT (General and Special Relativity) kan dette stof med hensyn til sammensætning være både baryon og ikke-baryon mørkt stof (sort). Ifølge hovedteorien om Big Bang er ethvert eksisterende stof repræsenteret i form af baryoner. Denne afhandling er blevet bevist med ekstrem høj nøjagtighed. På nuværende tidspunkt har videnskabsmænd lært at fange partikler dannet et minut efter singularitetens eksplosion, det vil sige efter eksplosionen af en supertæt stoftilstand, med en kropsmasse, der tenderer til det uendelige, og kropsdimensioner, der tenderer til nul. Scenariet med baryonpartikler er det mest sandsynlige, da det er fra dem, vores univers består, og gennem dem fortsætter dets ekspansion. sort stof,ifølge denne antagelse består den af basale partikler, der generelt er accepteret af newtonsk fysik, men af en eller anden grund vekselvirker svagt på en elektromagnetisk måde. Det er derfor, detektorerne ikke registrerer dem.

Det går ikke så glat

Dette scenarie passer til mange videnskabsmænd, men der er stadig flere spørgsmål end svar. Hvis både sort og hvidt stof kun er repræsenteret af baryoner, bør koncentrationen af lette baryoner som en procentdel af tunge, som et resultat af primær nukleosyntese, være anderledes i de indledende astronomiske objekter i universet. Og eksperimentelt er tilstedeværelsen i vores galakse af et tilstrækkeligt antal store gravitationsobjekter i ligevægt, såsom sorte huller eller neutronstjerner, ikke blevet afsløret til at balancere massen af haloen i vores Mælkevej. Men de samme neutronstjerner, mørke galaktiske glorier, sorte huller, hvide, sorte og brune dværge (stjerner i forskellige stadier af deres livscyklus), er højst sandsynligt en del af det mørke stof, som mørkt stof er lavet af. Sort energi kan også komplementere deres fyldning, herunder forudsagte hypotetiske objekter såsom præon, kvark og Q-stjerner.

Ikke-baryoniske kandidater

Det andet scenarie antyder en ikke-baryonisk oprindelse. Her kan flere typer partikler fungere som kandidater. For eksempel lette neutrinoer, hvis eksistens allerede er bevist af videnskabsmænd. Men deres masse, i størrelsesordenen en hundrededel til enti tusindedel eV (elektron-Volt), udelukker dem praktisk t alt fra mulige partikler på grund af uopnåeligheden af den nødvendige kritiske tæthed. Men tunge neutrinoer, parret med tunge leptoner, manifesterer sig praktisk t alt ikke i svage interaktioner under normale forhold. Sådanne neutrinoer kaldes sterile; med deres maksimale masse på op til en tiendedel af en eV, er de mere tilbøjelige til at være kandidater til mørkt stof partikler. Axioner og kosmioner er blevet kunstigt indført i fysiske ligninger for at løse problemer i kvantekromodynamik og i standardmodellen. Sammen med en anden stabil supersymmetrisk partikel (SUSY-LSP) kan de godt kvalificere sig som kandidater, da de ikke deltager i elektromagnetiske og stærke interaktioner. Men i modsætning til neutrinoer er de stadig hypotetiske, deres eksistens mangler stadig at blive bevist.

Sort stof teori

Manglen på masse i universet giver anledning til forskellige teorier om dette partitur, hvoraf nogle er ret konsistente. For eksempel teorien om, at almindelig tyngdekraft ikke er i stand til at forklare den mærkelige og ublu hurtige rotation af stjerner i spiralgalakser. Ved sådanne hastigheder ville de simpelthen flyve ud af det, hvis ikke for en form for holdekraft, som endnu ikke er mulig at registrere. Andre teoriteser forklarer umuligheden af at opnå WIMP'er (massive elektrosvagt interagerende partikler-partnere af elementære subpartikler, supersymmetriske og supertunge - det vil sige ideelle kandidater) under terrestriske forhold, da de lever i n-dimension, hvilket er forskelligt fra vores tre- dimensionel en. Ifølge Kaluza-Klein-teorien er sådanne målinger ikke tilgængelige for os.

Changing Stars

En anden teori beskriver, hvordan variable stjerner og sort stof interagerer med hinanden. Lysstyrken af en sådan stjerne kan ændre sig ikke kun på grund af metafysiske processer, der forekommer indeni (pulsering, kromosfærisk aktivitet, prominensudstødning, spildover og formørkelser i binære stjernesystemer, supernovaeksplosion), men også på grund af mørkt stofs unormale egenskaber.

WARP-drev

Ifølge én teori kan mørkt stof bruges som brændstof til underrumsmotorer i rumfartøjer, der opererer på den hypotetiske WARP-teknologi (WARP Engine). Potentielt tillader sådanne motorer skibet at bevæge sig med hastigheder, der overstiger lysets hastighed. Teoretisk set er de i stand til at bøje rummet foran og bagved skibet og bevæge det i det endnu hurtigere, end en elektromagnetisk bølge accelererer i et vakuum. Selve skibet accelererer ikke lok alt - kun det rumlige felt foran er bøjet. Mange fantasyhistorier bruger denne teknologi, såsom Star Trek-sagaen.

Vækst i terrestriske forhold

Forsøg på at generere og opnå sort stof på jorden har endnu ikke været succesfulde. I øjeblikket udføres der eksperimenter ved LHC (Large Andron Collider), præcis hvor Higgs-bosonet først blev registreret, såvel som ved andre, mindre kraftige, herunder lineære kollidere på jagt efterstabile, men elektromagnetisk svagt interagerende partnere af elementarpartikler. Der er dog endnu ikke opnået hverken photino, gravitino, higsino eller sneutrino (neutralino) eller andre WIMP'er. Ifølge et foreløbigt forsigtigt skøn fra videnskabsmænd er det nødvendigt at opnå ét milligram mørkt stof under jordiske forhold, hvad der svarer til den energi, der forbruges i USA i løbet af året.