Темна материја. Шест космолошки проблеми

Движењата на предметите во космичка скала се покоруваат на старата добра Њутнова теорија. Меѓутоа, откривањето на Фриц Цвики во 30-тите и последователните бројни набљудувања на далечните галаксии кои ротираат побрзо отколку што би покажала нивната привидна маса, ги навеле астрономите и физичарите да ја пресметаат масата на темната материја, која не може директно да се одреди во ниту еден расположлив опсег на набљудување. . на нашите алатки. Се покажа дека сметката е многу висока - сега се проценува дека речиси 27% од масата на универзумот е темна материја. Ова е повеќе од пет пати повеќе од „обичната“ материја достапна за нашите набљудувања.

За жал, се чини дека елементарните честички не предвидуваат постоење на честички кои би ја сочинувале оваа загадочна маса. Досега не можевме да ги откриеме или да генерираме високоенергетски зраци во акцелератори кои се судираат. Последната надеж на научниците беше откривањето на „стерилни“ неутрина, кои би можеле да ја сочинуваат темната материја. Сепак, досегашните обиди за нивно откривање исто така беа неуспешни.

темна енергија

Бидејќи во 90-тите беше откриено дека ширењето на универзумот не е константно, туку забрзано, беше потребно уште едно дополнување на пресметките, овој пат со енергија во универзумот. Се покажа дека за да се објасни ова забрзување, дополнителна енергија (т.е. маси, бидејќи според специјалната теорија на релативноста тие се исти) - т.е. темна енергија - треба да сочинува околу 68% од универзумот.

Тоа би значело дека повеќе од две третини од универзумот се состои од... бог знае што! Бидејќи, како и во случајот со темната материја, не успеавме да ја доловиме или истражиме нејзината природа. Некои веруваат дека тоа е енергијата на вакуумот, истата енергија во која честичките „од ништо“ се појавуваат како резултат на квантните ефекти. Други сугерираат дека тоа е „квинтесенција“, петтата сила на природата.

Исто така, постои хипотеза дека космолошкиот принцип воопшто не функционира, Универзумот е нехомоген, има различна густина во различни области и овие флуктуации создаваат илузија на забрзано ширење. Во оваа верзија, проблемот со темната енергија би бил само илузија.

Ајнштајн го вовел во своите теории - а потоа го отстранил - концептот космолошка константаповрзани со темната енергија. Концептот го продолжија теоретичарите на квантната механика кои се обидоа да го заменат поимот космолошка константа енергија на квантното вакуумско поле. Сепак, оваа теорија даде 10¹²⁰ повеќе енергија отколку што е потребно за да се прошири универзумот со брзината што ја знаеме...

инфлација

Теорија вселенска инфлација тој објаснува многу задоволително, но воведува мал (добро, не за секого мал) проблем - сугерира дека во раниот период на неговото постоење, неговата стапка на проширување била поголема од брзината на светлината. Ова би ја објаснило моментално видливата структура на вселенските објекти, нивната температура, енергија итн. Сепак, поентата е што досега не се пронајдени никакви траги од овој древен настан.

Истражувачите од Империјалниот колеџ во Лондон, Лондон и универзитетите во Хелсинки и Копенхаген во 2014 година во Physical Review Letters опишаа како гравитацијата ја обезбедува стабилноста потребна за универзумот да доживее силна инфлација на почетокот на неговиот развој. Тимот анализираше интеракција помеѓу Хигсовите честички и гравитацијата. Научниците покажаа дека дури и мала интеракција од овој тип може да го стабилизира универзумот и да го спаси од катастрофа.

График на брзината на ротација на спиралната галаксија М33

„Стандардниот модел на физика на елементарни честички, кој научниците го користат за да ја објаснат природата на елементарните честички и нивните интеракции, сè уште не одговорил на прашањето зошто Универзумот не се распаднал веднаш по Големата експлозија“, рече професорот. Назад Рајанти од Катедрата за физика на Империјалниот колеџ. „Во нашата студија се фокусиравме на непознатиот параметар на Стандардниот модел, односно интеракцијата помеѓу Хигсовите честички и гравитацијата. Овој параметар не може да се мери во експериментите со акцелератори на честички, но има силно влијание врз нестабилноста на Хигсовите честички за време на фазата на инфлација. Дури и мала вредност на овој параметар е доволна за да се објасни стапката на преживување“.

Мрежа од темна материја осветлена од квазар

Некои научници веруваат дека инфлацијата, штом ќе започне, е тешко да се запре. Тие заклучуваат дека нејзината последица е создавањето на нови универзуми, физички одвоени од нашите. И овој процес ќе продолжи до денес. Мултиверзумот сè уште создава нови универзуми во наплив на инфлација.

Враќајќи се на принципот на константна брзина на светлината, некои теоретичари на инфлација сугерираат дека брзината на светлината е, да, строга граница, но не и константа. Во раната ера беше повисоко, што овозможуваше инфлација. Сега продолжува да паѓа, но толку бавно што не можеме да го забележиме.

Комбинирање на интеракции

Тековната рамнотежа на обичната материја, темната материја и темната енергија

Стандардниот модел, иако ги обединува трите типа на сили на природата, не ги обединува слабите и силните интеракции на задоволство на сите научници. Гравитацијата стои настрана и сè уште не може да биде вклучена во општиот модел со светот на елементарните честички. Секој обид да се усогласи гравитацијата со квантната механика внесува толку многу бесконечност во пресметките што равенките ја губат својата вредност.

квантна теорија на гравитација бара прекин во врската помеѓу гравитационата маса и инерцијалната маса, познат по принципот на еквивалентност (види статија: „Шест принципи на универзумот“). Прекршувањето на овој принцип ја поткопува градбата на модерната физика. Така, таквата теорија, која го отвора патот кон теоријата на соништата за сè, може да ја уништи и досега познатата физика.

Иако гравитацијата е премногу слаба за да биде забележлива на малите размери на квантните интеракции, постои место каде што станува доволно силна за да направи разлика во механиката на квантните феномени. Ова црни дупки. Сепак, феномените што се случуваат внатре и на нивните периферии сè уште се малку проучени и проучени.

Поставување на универзумот

Стандардниот модел не може да ја предвиди големината на силите и масите што се појавуваат во светот на честичките. За овие количини учиме со мерење и додавање податоци во теоријата. Научниците постојано откриваат дека мала разлика во измерените вредности е доволна за универзумот да изгледа сосема поинаку.

На пример, има најмала маса потребна за поддршка на стабилната материја од сè што знаеме. Количината на темната материја и енергија е внимателно избалансирана за да се формираат галаксии.

Еден од најзбунувачките проблеми со подесувањето на параметрите на универзумот е предноста на материјата во однос на антиматеријаташто дозволува се да постои стабилно. Според Стандардниот модел, треба да се произведе иста количина материја и антиматерија. Се разбира, од наша гледна точка, добро е што материјата има предност, бидејќи еднакви количини подразбираат нестабилност на Универзумот, потресен од насилни изливи на уништување на двата вида материја.

Визуелизација на мултиверзумот со универзуми кои се прошируваат и се собираат

Проблем со мерење

Решение мерење квантни објекти значи колапс на брановата функција, односно „промена“ на нивната состојба од две (Шредингеровата мачка во неодредена состојба „жива или мртва“) во една (знаеме што се случи со мачката).

Една од похрабрите хипотези поврзани со проблемот на мерењето е концептот на „многу светови“ - можностите од кои избираме при мерењето. Световите се одвојуваат секој момент. Значи, имаме свет во кој гледаме во кутија со мачка, и свет во кој не гледаме во кутија со мачка... Во првиот - светот во кој живее мачката, или оној во кој не живее итн. г.

тој веруваше дека нешто не е во ред со квантната механика и неговото мислење не требаше да се сфати лесно.

Четири главни интеракции