Black matter ni nini? nadharia ya jambo la giza

2024 Mwandishi: Henry Conors | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-02-12 13:13

Ni kipi kilikuja kwanza: yai au kuku? Wanasayansi kote ulimwenguni wamekuwa wakipambana na swali hili rahisi kwa miongo kadhaa. Swali kama hilo linatokea juu ya kile kilichokuwa mwanzoni, wakati wa kuumbwa kwa Ulimwengu. Lakini je, uumbaji huu, au ulimwengu ni wa mzunguko au usio na mwisho? Nyeusi ni nini kwenye nafasi na inatofautianaje na suala nyeupe? Tukitupa kando aina mbalimbali za dini, hebu tujaribu kuyafikia majibu ya maswali haya kwa mtazamo wa kisayansi. Katika miaka michache iliyopita, wanasayansi wameweza kufanya mambo yasiyofikirika. Pengine kwa mara ya kwanza katika historia, mahesabu ya wanafizikia ya kinadharia yalikubaliana na mahesabu ya fizikia ya majaribio. Nadharia nyingi tofauti zimewasilishwa kwa jamii ya wanasayansi kwa miaka mingi. Kwa usahihi zaidi au kidogo, kwa njia za majaribio, wakati mwingine kama kisayansi, hata hivyo, data iliyokokotwa ya kinadharia ilithibitishwa na majaribio, baadhi hata kwa kuchelewa kwa zaidi ya miaka kumi na mbili (kwa mfano, Higgs boson).

Nyeusi - nishati nyeusi

Kuna nadharia nyingi kama hizo, kwa mfano: Nadharia ya Kamba, Nadharia ya Big Bang, Nadharia ya Ulimwengu wa Mzunguko, Nadharia ya Ulimwengu Sambamba, Mienendo ya Newtonian Iliyobadilishwa (MOND), F. Hoyle na wengine. Hata hivyo, kwa sasa, nadharia ya Ulimwengu unaopanuka na kubadilika kila mara inachukuliwa kuwa inakubalika kwa ujumla, nadharia zake ambazo zinafaa vizuri ndani ya mfumo wa dhana ya Big Bang. Wakati huo huo, quasi-empirically (yaani, empirically, lakini kwa uvumilivu mkubwa na kulingana na nadharia zilizopo za kisasa za muundo wa microcosm), data ilipatikana kwamba microparticles zote zinazojulikana kwetu hufanya tu 4.02% ya jumla ya kiasi cha muundo mzima wa Ulimwengu. Hii ndio inayoitwa "baryon cocktail", au jambo la baryonic. Walakini, wingi wa Ulimwengu wetu (zaidi ya 95%) ni vitu vya mpango tofauti, muundo tofauti na mali. Hii ndio inayoitwa jambo nyeusi na nishati nyeusi. Wanatenda kwa njia tofauti: huguswa kwa njia tofauti kwa aina tofauti za athari, hazijasanikishwa na njia za kiufundi zilizopo, na huonyesha sifa ambazo hazijagunduliwa hapo awali. Kutokana na hili tunaweza kuhitimisha kwamba ama vitu hivi vinatii sheria nyingine za fizikia (Fizikia ya Non-Newtonian, analog ya maneno ya jiometri isiyo ya Euclidean), au kiwango chetu cha maendeleo ya sayansi na teknolojia iko tu katika hatua ya awali ya malezi yake.

Barioni ni nini?

Kulingana na modeli ya sasa ya quark-gluon ya mwingiliano mkali, kuna chembe za msingi kumi na sita tu (na ugunduzi wa hivi karibuni wa Higgs boson unathibitisha hili): aina sita (ladha) za quarks, gluons nane na bosons mbili. Baryoni ni chembe nzito za msingi zenye mwingiliano mkali. Maarufu zaidi kati yao ni quark, proton na neutron. Familia za vitu kama hivyo, tofauti katikaspin, raia, "rangi" yao, na vile vile nambari za "uchawi", "ajabu", ndio msingi wa kile tunachoita jambo la baryonic. Nyeusi (giza), ambayo hufanya 21.8% ya jumla ya muundo wa Ulimwengu, ina chembe zingine ambazo hazitoi mionzi ya sumakuumeme na hazifanyiki nayo kwa njia yoyote. Kwa hiyo, kwa uchunguzi wa moja kwa moja angalau, na hata zaidi kwa usajili wa vitu hivyo, ni muhimu kwanza kuelewa fizikia yao na kukubaliana juu ya sheria ambazo wanatii. Wanasayansi wengi wa kisasa kwa sasa wanafanya hivi katika taasisi za utafiti kote ulimwenguni.

Chaguo linalowezekana

Ni vitu gani vinazingatiwa iwezekanavyo? Kuanza, ni lazima ieleweke kwamba kuna chaguzi mbili tu zinazowezekana. Kulingana na GR na SRT (Jumla na Uhusiano Maalum), kwa suala la utungaji, dutu hii inaweza kuwa baryon na yasiyo ya baryoni jambo la giza (nyeusi). Kwa mujibu wa nadharia kuu ya Big Bang, jambo lolote lililopo linawakilishwa kwa namna ya baryons. Tasnifu hii imethibitishwa kwa usahihi wa hali ya juu sana. Kwa sasa, wanasayansi wamejifunza kukamata chembe zilizoundwa dakika moja baada ya kupasuka kwa umoja, yaani, baada ya mlipuko wa hali ya juu ya jambo, na molekuli ya mwili inayoelekea kwa infinity na vipimo vya mwili vinavyoelekea sifuri. Hali iliyo na chembe za baryon ndiyo inayowezekana zaidi, kwani ni kutoka kwao kwamba Ulimwengu wetu unajumuisha na kupitia kwao unaendelea upanuzi wake. jambo nyeusi,kulingana na dhana hii, ina chembe za msingi zinazokubaliwa kwa ujumla na fizikia ya Newton, lakini kwa sababu fulani huingiliana kwa nguvu kwa njia ya sumakuumeme. Ndio maana vigunduzi havivitambui.

Haiendi vizuri

Hali hii inafaa wanasayansi wengi, lakini bado kuna maswali mengi kuliko majibu. Ikiwa vitu vyote nyeusi na nyeupe vinawakilishwa na baryons tu, basi mkusanyiko wa baryons nyepesi kama asilimia ya zile nzito, kama matokeo ya nucleosynthesis ya msingi, inapaswa kuwa tofauti katika vitu vya awali vya unajimu wa Ulimwengu. Na kimajaribio, uwepo katika galaksi yetu ya msawazo wa idadi ya kutosha ya vitu vikubwa vya mvuto, kama vile mashimo meusi au nyota za neutroni, haujafichuliwa kusawazisha wingi wa halo ya Milky Way. Hata hivyo, nyota sawa za nutroni, halos ya giza ya galactic, mashimo nyeusi, nyeupe, nyeusi na kahawia dwarfs (nyota katika hatua tofauti za mzunguko wa maisha yao), uwezekano mkubwa, ni sehemu ya jambo la giza ambalo jambo la giza linafanywa. Nishati nyeusi inaweza pia kutimiza ujazo wao, ikijumuisha vitu dhahania vilivyotabiriwa kama vile preon, quark na nyota za Q.

Wagombea wasio wa baryoni

Mfano wa pili unaashiria asili isiyo ya barioni. Hapa, aina kadhaa za chembe zinaweza kutenda kama watahiniwa. Kwa mfano, neutrinos mwanga, kuwepo kwa ambayo tayari kuthibitishwa na wanasayansi. Hata hivyo, wingi wao, kwa utaratibu wa mia moja hadi mojaeV ya elfu kumi (electron-Volt), kwa kivitendo huwatenga kutoka kwa chembe zinazowezekana kutokana na kutopatikana kwa wiani muhimu muhimu. Lakini neutrinos nzito, zilizounganishwa na leptoni nzito, kivitendo hazijidhihirisha katika mwingiliano dhaifu chini ya hali ya kawaida. Neutrino kama hizo huitwa tasa, zikiwa na kiwango cha juu cha uzito wa hadi moja ya kumi ya eV, kuna uwezekano mkubwa wa kuwa tegemezi wa chembe za jambo jeusi. Axions na cosmions zimeletwa kwa njia ya kibandia katika milinganyo ya kimwili ili kutatua matatizo katika chromodynamics ya quantum na katika muundo wa kawaida. Pamoja na chembe nyingine thabiti ya ulinganifu wa hali ya juu (SUSY-LSP), wanaweza kufuzu kama watahiniwa, kwa kuwa hawashiriki katika mwingiliano wa sumakuumeme na nguvu. Walakini, tofauti na neutrino, bado ni za kudhahania, uwepo wao bado unahitaji kuthibitishwa.

Nadharia ya jambo nyeusi

Ukosefu wa wingi katika Ulimwengu hutokeza nadharia tofauti kuhusu alama hii, ambazo baadhi yake zinalingana kabisa. Kwa mfano, nadharia kwamba mvuto wa kawaida hauwezi kueleza mzunguko wa ajabu na wa haraka sana wa nyota katika galaksi za ond. Kwa kasi kama hizo, wangeweza kuruka kutoka kwake, ikiwa sio kwa aina fulani ya nguvu ya kushikilia, ambayo bado haiwezekani kujiandikisha. Nadharia zingine za nadharia zinaelezea kutowezekana kwa kupata WIMPs (chembe kubwa zinazoingiliana kwa njia ya kielektroniki-washirika wa chembe ndogo za msingi, ulinganifu wa juu na nzito - ambayo ni, wagombea bora) katika hali ya kidunia, kwani wanaishi katika n-dimension, ambayo ni tofauti na tatu- dimensional moja. Kulingana na nadharia ya Kaluza-Klein, vipimo hivyo havipatikani kwetu.

Nyota Zinazobadilika

Nadharia nyingine inaeleza jinsi nyota badilifu na maada nyeusi huingiliana. Mwangaza wa nyota kama hiyo unaweza kubadilika sio tu kwa sababu ya michakato ya kimetafizikia inayotokea ndani (mapigo, shughuli ya chromospheric, utoaji wa umaarufu, umwagiliaji na kupatwa kwa jua katika mifumo ya nyota ya binary, mlipuko wa supernova), lakini pia kwa sababu ya tabia isiyo ya kawaida ya jambo la giza.

endesha WARP

Kulingana na nadharia moja, maada nyeusi inaweza kutumika kama mafuta kwa injini za anga za juu zinazotumia teknolojia dhahania ya WARP (WARP Engine). Uwezekano, injini kama hizo huruhusu meli kusonga kwa kasi inayozidi kasi ya mwanga. Kinadharia, wana uwezo wa kukunja nafasi mbele na nyuma ya meli na kuisogeza ndani kwa haraka zaidi kuliko wimbi la sumakuumeme huharakisha katika utupu. Meli yenyewe haiharaki ndani ya nchi - uwanja wa anga tu ulio mbele yake umeinama. Hadithi nyingi za njozi hutumia teknolojia hii, kama vile sakata ya Star Trek.

Ukuaji katika hali ya nchi kavu

Jaribio la kutengeneza na kupata mada nyeusi duniani bado hazijafaulu. Hivi sasa, majaribio yanafanywa katika LHC (Kubwa Andron Collider), haswa ambapo kifua cha Higgs kilirekodiwa kwa mara ya kwanza, na pia kwa zingine, zisizo na nguvu, pamoja na migongano ya mstari katika kutafuta.thabiti, lakini wenzi wanaoingiliana kwa nguvu za kielektroniki wa chembe za msingi. Hata hivyo, wala photino, wala gravitino, wala higsino, wala sneutrino (neutralino), wala WIMP nyingine bado hazijapatikana. Kulingana na makadirio ya awali ya tahadhari ya wanasayansi, ili kupata miligramu moja ya jambo la giza katika hali ya nchi kavu, sawa na nishati inayotumiwa nchini Marekani katika mwaka huo inahitajika.