Mi az a fekete anyag? sötét anyag elmélet

2024 Szerző: Henry Conors | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-02-12 08:30

Mi volt előbb: a tojás vagy a csirke? A tudósok világszerte évtizedek óta küzdenek ezzel az egyszerű kérdéssel. Hasonló kérdés merül fel azzal kapcsolatban is, hogy mi volt a legelején, az Univerzum keletkezésének pillanatában. De vajon ez a teremtés volt az, vagy az univerzumok ciklikusak vagy végtelenek? Mi a fekete anyag a térben, és miben különbözik a fehér anyagtól? Félretéve a különféle vallásokat, próbáljuk meg tudományos oldalról megközelíteni a válaszokat ezekre a kérdésekre. Az elmúlt néhány évben a tudósoknak az elképzelhetetlent sikerült megvalósítaniuk. Valószínűleg először a történelemben az elméleti fizikusok számításai megegyeztek a kísérleti fizikusok számításaival. Az évek során számos különböző elmélet került a tudományos közösség elé. Többé-kevésbé pontosan, empirikus módon, olykor kvázi tudományosan, azonban az elméleti számított adatokat kísérletek mégis megerősítették, némelyik akár több mint egy tucat éves késéssel is (például a Higgs-bozon).

Sötét anyag – fekete energia

Sok ilyen elmélet létezik, például: Húrelmélet, Ősrobbanáselmélet, Ciklikus Univerzumelmélet, Párhuzamos univerzumelmélet, Módosított Newtoni dinamika (MOND), F. Hoyle és mások. Jelenleg azonban általánosan elfogadottnak számít a folyamatosan táguló és fejlődő Univerzum elmélete, amelynek tézisei jól illeszkednek az ősrobbanás koncepciójának keretei közé. Ugyanakkor kvázi-empirikusan (azaz empirikusan, de nagy tűréshatárokkal és a mikrokozmosz szerkezetére vonatkozó meglévő modern elméletek alapján) olyan adatokat kaptunk, amelyek szerint az összes általunk ismert mikrorészecske a teljes térfogatnak csak 4,02%-át teszi ki. az Univerzum teljes összetétele. Ez az úgynevezett "barionkoktél", vagy barion anyag. Univerzumunk nagy része (több mint 95%-a) azonban más tervű, eltérő összetételű és tulajdonságú anyagok. Ez az úgynevezett fekete anyag és fekete energia. Különbözően viselkednek: eltérően reagálnak a különféle reakciókra, nincsenek rögzítve a meglévő technikai eszközökkel, és korábban feltáratlan tulajdonságokat mutatnak. Ebből arra következtethetünk, hogy ezek az anyagok más fizikatörvényeknek is engedelmeskednek (a nem-newtoni fizika, a nem-euklideszi geometria verbális analógja), vagy a tudomány és a technológia fejlettségi szintje még csak kialakulása kezdeti szakaszában van.

Mik azok a barionok?

Az erős kölcsönhatások jelenlegi kvark-gluon modellje szerint csak tizenhat elemi részecske létezik (és a Higgs-bozon legutóbbi felfedezése is ezt erősíti meg): hatféle kvark (íz) létezik, nyolc gluon és két bozon. A barionok nehéz elemi részecskék, amelyek erős kölcsönhatásban vannak. Közülük a leghíresebbek a kvarkok, a protonok és a neutronok. Az ilyen anyagok családjai, amelyek különböznek egymástóla pörgés, a tömegek, azok "színe", valamint a "varázs", "furcsaság" számai pontosan az építőkövei annak, amit barion anyagnak nevezünk. A fekete (sötét) anyag, amely az Univerzum teljes összetételének 21,8%-át teszi ki, egyéb részecskékből áll, amelyek nem bocsátanak ki elektromágneses sugárzást, és semmilyen módon nem reagálnak vele. Ezért legalább a közvetlen megfigyeléshez, és még inkább az ilyen anyagok regisztrálásához először meg kell érteni azok fizikáját, és meg kell állapodni azokról a törvényekről, amelyeknek engedelmeskednek. Jelenleg sok modern tudós foglalkozik ezzel a kutatóintézetekkel világszerte.

A legvalószínűbb lehetőség

Milyen anyagok tekinthetők lehetségesnek? Először is meg kell jegyezni, hogy csak két lehetőség van. A GR és az SRT (általános és speciális relativitáselmélet) szerint ez az anyag összetételét tekintve barion és nem barion sötét anyag (fekete) is lehet. Az ősrobbanás fő elmélete szerint minden létező anyag barionok formájában van ábrázolva. Ezt a tézist rendkívül nagy pontossággal igazolták. Jelenleg a tudósok megtanulták megragadni azokat a részecskéket, amelyek egy perccel a szingularitás felrobbanása után keletkeztek, vagyis egy szupersűrű halmazállapot robbanása után, amelynek testtömege a végtelenbe hajlik, testméretei pedig nullára hajlanak. A barionrészecskék forgatókönyve a legvalószínűbb, hiszen ezekből áll az Univerzumunk, és rajtuk keresztül folytatja tágulását. fekete anyag,e feltevés szerint a newtoni fizika által általánosan elfogadott, de valamilyen oknál fogva elektromágneses módon gyengén kölcsönható alapvető részecskékből áll. Ezért a detektorok nem érzékelik őket.

Nem megy olyan simán

Ez a forgatókönyv sok tudósnak megfelel, de még mindig több a kérdés, mint a válasz. Ha a fekete és a fehér anyagot is csak barionok képviselik, akkor a könnyű barionok koncentrációja a nehéz barionok százalékában az elsődleges nukleoszintézis eredményeként eltérő kell, hogy legyen az Univerzum kezdeti csillagászati objektumaiban. Kísérletileg nem derült ki, hogy a galaxisunkban egyensúlyban lévő kellő számú gravitációs objektum, például fekete lyukak vagy neutroncsillagok jelen vannak ahhoz, hogy egyensúlyba hozza a Tejútrendszerünk halójának tömegét. Valószínűleg azonban ugyanazok a neutroncsillagok, sötét galaktikus fényudvarok, fekete lyukak, fehér, fekete és barna törpék (életciklusuk különböző szakaszaiban lévő csillagok) a sötét anyag részét képezik, amelyből a sötét anyag áll. A fekete energia is kiegészítheti a kitöltést, beleértve az előre jelzett hipotetikus objektumokat, például a preont, a kvarkot és a Q-csillagokat.

Nem-barion jelöltek

A második forgatókönyv nem-barion eredetű. Itt többféle típusú részecskék szerepelhetnek jelöltként. Például a könnyű neutrínók, amelyek létezését már bizonyították a tudósok. Tömegük azonban egyszázad nagyságrendűtízezredik eV (elektron-Volt), gyakorlatilag kizárja őket a lehetséges részecskék közül a szükséges kritikus sűrűség elérhetetlensége miatt. De a nehéz neutrínók, nehéz leptonokkal párosulva, normál körülmények között gyakorlatilag nem nyilvánulnak meg gyenge kölcsönhatásban. Az ilyen neutrínókat sterilnek nevezik; legfeljebb egytized eV tömegükkel nagyobb valószínűséggel jelöltek a sötét anyag részecskéire. Az axionokat és a kozmionokat mesterségesen vezették be a fizikai egyenletekbe, hogy megoldják a kvantumkromodinamikai és a standard modellben felmerülő problémákat. Egy másik stabil szuperszimmetrikus részecskével (SUSY-LSP) együtt valószínűleg jelöltnek minősülhetnek, mivel nem vesznek részt elektromágneses és erős kölcsönhatásokban. A neutrínókkal ellentétben azonban még mindig hipotetikusak, létezésüket még bizonyítani kell.

Fekete anyag elmélet

A tömeg hiánya az Univerzumban különböző elméleteket ad erre a pontra, amelyek közül néhány meglehetősen konzisztens. Például az az elmélet, hogy a hétköznapi gravitáció nem képes megmagyarázni a csillagok furcsa és rendkívül gyors forgását a spirálgalaxisokban. Ilyen sebességnél egyszerűen kirepülnének belőle, ha nem lenne valami tartóerő, amit még nem lehet regisztrálni. Más elméletek tézisei azt magyarázzák, hogy a WIMP-k (masszív elektrogyengén kölcsönható részecskék-elemi részrészecskék partnerei, szuperszimmetrikus és szupernehéz - azaz ideális jelöltek) földi körülmények között nem valósíthatók meg, mivel n-dimenzióban élnek, ami eltér a mi három- dimenziós egy. A Kaluza-Klein elmélet szerint ilyen mérések nem állnak rendelkezésünkre.

Változó csillagok

Egy másik elmélet leírja, hogy a változócsillagok és a fekete anyag hogyan lépnek kölcsönhatásba egymással. Egy ilyen csillag fényessége nem csak a belsejében lezajló metafizikai folyamatok (pulzáció, kromoszféra-aktivitás, kiemelkedés, spilloverek és fogyatkozások kettős csillagrendszerekben, szupernóva-robbanás) miatt változhat, hanem a sötét anyag rendellenes tulajdonságai miatt is.

WARP meghajtó

Egy elmélet szerint a sötét anyag felhasználható üzemanyagként a hipotetikus WARP technológiával (WARP Engine) működő űrhajók szubűrmotorjaihoz. Az ilyen motorok potenciálisan lehetővé teszik a hajó számára, hogy a fénysebességet meghaladó sebességgel mozogjon. Elméletileg képesek a hajó előtti és mögötti teret meghajlítani, és még gyorsabban mozgatni benne, mint ahogy egy elektromágneses hullám vákuumban felgyorsul. Maga a hajó nem gyorsul lokálisan - csak az előtte lévő térmező hajlik meg. Sok fantasy történet használja ezt a technológiát, például a Star Trek saga.

Növekedés szárazföldi körülmények között

A fekete anyag létrehozására és beszerzésére irányuló kísérletek a Földön még nem jártak sikerrel. Jelenleg kísérleteket végeznek az LHC-ben (Large Andron Collider), pontosan ott, ahol a Higgs-bozont először rögzítették, valamint más, kisebb teljesítményű, köztük a lineáris ütköztetőkben.az elemi részecskék stabil, de elektromágnesesen gyengén kölcsönható partnerei. Azonban sem photino, sem gravitino, sem higsino, sem sneutrino (neutralino), sem más WIMP-t még nem sikerült megszerezni. A tudósok előzetes, óvatos becslése szerint egy milligramm sötét anyag kinyeréséhez földi körülmények között az Egyesült Államokban az év során elfogyasztott energiának megfelelő energia szükséges.