Wat is swart materie? donker materie teorie

2024 Outeur: Henry Conors | [email protected]. Laas verander: 2024-02-12 03:01

Wat het eerste gekom: die eier of die hoender? Wetenskaplikes regoor die wêreld sukkel al dekades lank met hierdie eenvoudige vraag. 'n Soortgelyke vraag ontstaan oor wat heel aan die begin was, op die oomblik van die skepping van die Heelal. Maar was dit hierdie skepping, of is die heelalle siklies of oneindig? Wat is swart materie in die ruimte en hoe verskil dit van wit materie? As ons verskeie soorte godsdiens opsy skuif, kom ons probeer om die antwoorde op hierdie vrae vanuit 'n wetenskaplike oogpunt te benader. Oor die afgelope paar jaar het wetenskaplikes daarin geslaag om die ondenkbare te doen. Waarskynlik vir die eerste keer in die geskiedenis stem die berekeninge van teoretiese fisici ooreen met die berekeninge van eksperimentele fisici. Verskeie verskillende teorieë is oor die jare aan die wetenskaplike gemeenskap voorgehou. Min of meer akkuraat, op empiriese wyse, soms kwasi-wetenskaplik, is die teoretiese berekende data egter deur eksperimente bevestig, sommige selfs met 'n vertraging van meer as 'n dosyn jaar (die Higgs-boson, byvoorbeeld).

Donker materie - swart energie

Daar is baie sulke teorieë, byvoorbeeld: Snaarteorie, Oerkn alteorie, Sikliese Heel alteorie, Parallelle Heel alteorie, Gewysigde Newtoniaanse Dinamika (MOND), F. Hoyle en ander. Tans word die teorie van 'n voortdurend uitbreidende en ontwikkelende Heelal egter as algemeen aanvaar, waarvan die tesisse goed pas binne die raamwerk van die Oerknal-konsep. Terselfdertyd, kwasi-empiries (d.i. empiries, maar met groot toleransies en gebaseer op bestaande moderne teorieë oor die struktuur van die mikrokosmos), is data verkry dat alle mikropartikels wat aan ons bekend is, slegs 4,02% van die totale volume van die hele samestelling van die heelal. Dit is die sogenaamde "barion-skemerkelkie", of barioniese materie. Die grootste deel van ons Heelal (meer as 95%) is egter stowwe met 'n ander plan, verskillende samestelling en eienskappe. Dit is die sogenaamde swart materie en swart energie. Hulle tree anders op: hulle reageer verskillend op verskeie soorte reaksies, word nie deur bestaande tegniese middele vasgestel nie, en vertoon voorheen onontginde eienskappe. Hieruit kan ons aflei dat óf hierdie stowwe ander wette van fisika gehoorsaam (Nie-Newtoniaanse fisika, 'n verbale analoog van Nie-Euklidiese meetkunde), óf ons vlak van ontwikkeling van wetenskap en tegnologie is eers in die aanvanklike stadium van sy vorming.

Wat is baryons?

Volgens die huidige kwark-gluon-model van sterk interaksies is daar net sestien elementêre deeltjies (en die onlangse ontdekking van die Higgs-boson bevestig dit): ses tipes (geure) van kwarke, agt gluone en twee bosone. Barione is swaar elementêre deeltjies met 'n sterk interaksie. Die bekendste van hulle is kwarks, protone en neutrone. Families van sulke stowwe, wat verskil inspin, massas, hul "kleur", asook die getalle van "betowering", "vreemdheid", is juis die boustene van wat ons barioniese materie noem. Swart (donker) materie, wat 21,8% van die totale samestelling van die Heelal uitmaak, bestaan uit ander deeltjies wat nie elektromagnetiese straling uitstraal nie en op geen manier daarmee reageer nie. Daarom, ten minste vir direkte waarneming, en selfs meer so vir die registrasie van sulke stowwe, is dit nodig om eers hul fisika te verstaan en saam te stem oor die wette waaraan hulle gehoorsaam. Baie moderne wetenskaplikes doen dit tans in navorsingsinstellings regoor die wêreld.

Die mees waarskynlike opsie

Watter stowwe word as moontlik beskou? Om mee te begin, moet daarop gelet word dat daar slegs twee moontlike opsies is. Volgens GR en SRT (Algemene en Spesiale Relatiwiteit), in terme van samestelling, kan hierdie stof beide barion en nie-barion donker materie (swart) wees. Volgens die hoofteorie van die Oerknal word enige bestaande materie in die vorm van barione voorgestel. Hierdie tesis is met uiters hoë akkuraatheid bewys. Tans het wetenskaplikes geleer om deeltjies wat gevorm is 'n minuut nadat die singulariteit gebars het, te vang, dit wil sê na die ontploffing van 'n superdigte toestand van materie, met 'n liggaamsmassa wat tot oneindig neig en liggaamsafmetings wat na nul neig. Die scenario met bariondeeltjies is die mees waarskynlike, aangesien dit uit hulle is wat ons Heelal bestaan en deur hulle voortgaan met sy uitbreiding. swart materie,volgens hierdie aanname bestaan dit uit basiese deeltjies wat algemeen deur Newtoniaanse fisika aanvaar word, maar om een of ander rede swak interaksie op 'n elektromagnetiese manier het. Dit is hoekom die verklikkers hulle nie bespeur nie.

Dit gaan nie so glad nie

Hierdie scenario pas by baie wetenskaplikes, maar daar is steeds meer vrae as antwoorde. As beide swart en wit materie slegs deur barione voorgestel word, behoort die konsentrasie ligte barione as 'n persentasie van swaars, as gevolg van primêre nukleosintese, anders te wees in die aanvanklike astronomiese voorwerpe van die Heelal. En eksperimenteel is die teenwoordigheid in ons sterrestelsel van 'n ewewig voldoende aantal groot gravitasievoorwerpe, soos swart gate of neutronsterre, nie geopenbaar om die massa van die stralekrans van ons Melkweg te balanseer nie. Dieselfde neutronsterre, donker galaktiese halo's, swart gate, wit, swart en bruin dwerge (sterre in verskillende stadiums van hul lewensiklus), is egter heel waarskynlik deel van die donker materie waaruit donker materie gemaak is. Swart energie kan ook hul vulling komplementeer, insluitend voorspelde hipotetiese voorwerpe soos preon, kwark en Q-sterre.

Nie-barioniese kandidate

Die tweede scenario impliseer 'n nie-barioniese oorsprong. Hier kan verskeie tipes deeltjies as kandidate optree. Byvoorbeeld, ligte neutrino's, waarvan die bestaan reeds deur wetenskaplikes bewys is. Maar hul massa, in die orde van een honderdste tot eentienduisendste eV (elektron-Volt), sluit hulle feitlik uit van moontlike deeltjies as gevolg van die onbereikbaarheid van die nodige kritiese digtheid. Maar swaar neutrino's, gepaard met swaar leptone, manifesteer hulle feitlik nie in swak interaksies onder normale toestande nie. Sulke neutrino's word steriel genoem; met hul maksimum massa van tot een tiende van 'n eV, is hulle meer geneig om kandidate vir donker materiedeeltjies te wees. Aksies en kosmione is kunsmatig in fisiese vergelykings ingebring om probleme in kwantumchromodinamika en in die standaardmodel op te los. Saam met 'n ander stabiele supersimmetriese deeltjie (SUSY-LSP), kan hulle moontlik as kandidate kwalifiseer, aangesien hulle nie aan elektromagnetiese en sterk interaksies deelneem nie. Anders as neutrino's is hulle egter steeds hipoteties, hulle bestaan moet nog bewys word.

Swartstofteorie

Die gebrek aan massa in die Heelal gee aanleiding tot verskillende teorieë oor hierdie telling, waarvan sommige redelik konsekwent is. Byvoorbeeld, die teorie dat gewone swaartekrag nie die vreemde en buitensporig vinnige rotasie van sterre in spiraalsterrestelsels kan verklaar nie. Teen sulke spoed sou hulle eenvoudig daaruit vlieg, as nie vir een of ander soort vashoukrag, wat nog nie moontlik is om te registreer nie. Ander teorieë verduidelik die onmoontlikheid om WIMP's (massiewe elektroswak interaktiewe deeltjies-vennote van elementêre subdeeltjies, supersimmetries en superswaar - dit wil sê ideale kandidate) in terrestriële toestande te verkry, aangesien hulle in n-dimensie leef, wat verskil van ons drie- dimensionele een. Volgens die Kaluza-Klein-teorie is sulke metings nie vir ons beskikbaar nie.

Changing Stars

Nog 'n teorie beskryf hoe veranderlike sterre en swart materie met mekaar in wisselwerking tree. Die helderheid van so 'n ster kan nie net verander as gevolg van metafisiese prosesse wat binne plaasvind nie (pulsasie, chromosferiese aktiwiteit, prominensie-uitwerping, oorstromings en verduisterings in binêre sterstelsels, supernova-ontploffing), maar ook as gevolg van die afwykende eienskappe van donker materie.

WARP-rit

Volgens een teorie kan donker materie gebruik word as brandstof vir subruimte-enjins van ruimtetuie wat op die hipotetiese WARP-tegnologie (WARP Engine) werk. Potensieel laat sulke enjins die skip toe om teen spoed te beweeg wat die spoed van lig oorskry. Teoreties is hulle in staat om die ruimte voor en agter die skip te buig en dit selfs vinniger daarin te beweeg as wat 'n elektromagnetiese golf in 'n vakuum versnel. Die skip self versnel nie plaaslik nie – net die ruimtelike veld voor hom word gebuig. Baie fantasieverhale gebruik hierdie tegnologie, soos die Star Trek-sage.

Groei in terrestriële toestande

Pogings om swart materie op aarde te genereer en te verkry, was nog nie suksesvol nie. Tans word eksperimente uitgevoer by die LHC (Large Andron Collider), presies waar die Higgs-boson die eerste keer aangeteken is, asook by ander, minder kragtige, insluitend lineêre botsers op soek nastabiele, maar elektromagneties swak interaksie vennote van elementêre deeltjies. Nog photino, nóg gravitino, nóg higsino, nóg sneutrino (neutralino), nóg ander WIMP's is egter nog verkry. Volgens 'n voorlopige versigtige skatting van wetenskaplikes is die ekwivalent van die energie wat gedurende die jaar in die Verenigde State verbruik is, nodig om een milligram donker materie in aardse toestande te verkry.