Kaj je črna snov? teorija temne snovi

2024 Avtor: Henry Conors | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-02-12 12:35

Kaj je bilo prej: jajce ali piščanec? Znanstveniki po vsem svetu se že desetletja spopadajo s tem preprostim vprašanjem. Podobno vprašanje se postavlja o tem, kaj je bilo na samem začetku, v trenutku nastanka Vesolja. Toda ali je bilo to, to ustvarjanje, ali so vesolja ciklična ali neskončna? Kaj je črna snov v vesolju in kako se razlikuje od bele snovi? Če zavržemo različne vrste religij, poskusimo k odgovorom na ta vprašanja pristopiti z znanstvenega vidika. V zadnjih nekaj letih je znanstvenikom uspelo narediti nepredstavljivo. Verjetno prvič v zgodovini so se izračuni teoretičnih fizikov ujemali z izračuni eksperimentalnih fizikov. Znanstveni skupnosti je bilo skozi leta predstavljenih več različnih teorij. Bolj ali manj natančno, na empirične načine, včasih kvazi znanstveno, pa so teoretično izračunane podatke kljub temu potrdili poskusi, nekateri celo z več kot ducat letno zamudo (na primer Higgsov bozon).

Temna snov - črna energija

Obstaja veliko takšnih teorij, na primer: teorija strun, teorija velikega poka, teorija cikličnega vesolja, teorija vzporednega vesolja, modificirana newtonova dinamika (MOND), F. Hoyle in drugi. Vendar pa trenutno velja za splošno sprejeto teorijo vesolja, ki se nenehno širi in razvija, katere teze se dobro ujemajo s konceptom velikega poka. Hkrati so bili kvaziempirično (t.j. empirično, vendar z velikimi tolerancami in na podlagi obstoječih sodobnih teorij o strukturi mikrokozmosa) pridobljeni podatki, da vsi znani mikrodelci predstavljajo le 4,02 % celotne prostornine mikrokozmosa. celotno sestavo vesolja. To je tako imenovani "barionski koktajl" ali barionska snov. Vendar pa je večina našega vesolja (več kot 95%) snovi drugačnega načrta, drugačne sestave in lastnosti. To je tako imenovana črna snov in črna energija. Obnašajo se različno: različno reagirajo na različne vrste reakcij, niso fiksirani z obstoječimi tehničnimi sredstvi in kažejo doslej neraziskane lastnosti. Iz tega lahko sklepamo, da bodisi te snovi spoštujejo druge zakone fizike (nenewtonska fizika, besedni analog neevklidske geometrije), bodisi je naša stopnja razvoja znanosti in tehnologije šele na začetni stopnji svojega nastanka.

Kaj so barioni?

V skladu s trenutnim kvark-gluonskim modelom močnih interakcij obstaja le šestnajst osnovnih delcev (in nedavno odkritje Higgsovega bozona to potrjuje): šest vrst (okus) kvarkov, osem gluonov in dva bozona. Barioni so težki elementarni delci z močno interakcijo. Najbolj znani med njimi so kvarki, proton in nevtron. Družine takšnih snovi, ki se razlikujejo povrtenje, mase, njihova "barva", pa tudi števila "očaranosti", "nenavadnosti", so prav gradniki tistega, čemur pravimo barionska snov. Črna (temna) snov, ki predstavlja 21,8 % celotne sestave Vesolja, je sestavljena iz drugih delcev, ki ne oddajajo elektromagnetnega sevanja in z njim na noben način ne reagirajo. Zato je treba vsaj za neposredno opazovanje, še bolj pa za registracijo tovrstnih snovi, najprej razumeti njihovo fiziko in se dogovoriti o zakonitostih, ki jih spoštujejo. Mnogi sodobni znanstveniki to trenutno počnejo v raziskovalnih inštitutih po vsem svetu.

Najverjetnejša možnost

Katere snovi veljajo za možne? Za začetek je treba opozoriti, da sta možni le dve možnosti. Glede na GR in SRT (Splošna in posebna relativnost) je ta snov po sestavi lahko tako barionska kot nebarionska temna snov (črna). Po glavni teoriji Velikega poka je vsaka obstoječa snov predstavljena v obliki barionov. Ta teza je dokazana z izjemno visoko natančnostjo. Trenutno so se znanstveniki naučili ujeti delce, ki nastanejo minuto po izbruhu singularnosti, to je po eksploziji supergostega stanja snovi, pri čemer se telesna masa nagiba k neskončnosti, telesne dimenzije pa k nič. Najbolj verjeten je scenarij z barionskimi delci, saj je iz njih sestavljeno naše Vesolje in se prek njih širi. črna snov,po tej predpostavki je sestavljen iz osnovnih delcev, ki jih na splošno sprejema Newtonova fizika, vendar iz nekega razloga slabo medsebojno delujejo na elektromagnetni način. Zato jih detektorji ne zaznajo.

Ne gre tako gladko

Ta scenarij ustreza številnim znanstvenikom, vendar je še vedno več vprašanj kot odgovorov. Če tako črno kot belo snov predstavljajo samo barioni, bi morala biti koncentracija lahkih barionov kot odstotek težkih, kot posledica primarne nukleosinteze, drugačna v začetnih astronomskih objektih vesolja. In eksperimentalno, prisotnost v naši galaksiji ravnotežnega zadostnega števila velikih gravitacijskih objektov, kot so črne luknje ali nevtronske zvezde, ni bila razkrita, da bi uravnotežila maso halo naše Rimske ceste. Vendar pa so iste nevtronske zvezde, temni galaktični haloji, črne luknje, beli, črni in rjavi pritlikavci (zvezde v različnih fazah svojega življenjskega cikla) najverjetneje del temne snovi, iz katere je sestavljena temna snov. Črna energija lahko dopolnjuje tudi njihovo polnjenje, vključno s predvidenimi hipotetičnimi objekti, kot so preon, kvark in zvezde Q.

nebarionski kandidati

Drugi scenarij implicira nebarionsko poreklo. Tukaj lahko več vrst delcev deluje kot kandidati. Na primer lahki nevtrini, katerih obstoj so znanstveniki že dokazali. Vendar pa je njihova masa približno ena stotinkadesettisočaka eV (elektron-volt), jih zaradi nedosegljivosti potrebne kritične gostote praktično izključuje iz možnih delcev. Toda težki nevtrini, združeni s težkimi leptoni, se v normalnih pogojih praktično ne kažejo v šibkih interakcijah. Takšni nevtrini se imenujejo sterilni; z največjo maso do ene desetine eV so bolj verjetno kandidati za delce temne snovi. Aksioni in kozmioni so bili umetno uvedeni v fizikalne enačbe za reševanje problemov v kvantni kromodinamiki in v standardnem modelu. Skupaj z drugim stabilnim supersimetričnim delcem (SUSY-LSP) se lahko kvalificirajo kot kandidati, saj ne sodelujejo v elektromagnetnih in močnih interakcijah. Vendar so za razliko od nevtrinov še vedno hipotetični, njihov obstoj je treba še dokazati.

Teorija črne snovi

Pomanjkanje mase v vesolju povzroča različne teorije o tem, od katerih so nekatere precej dosledne. Na primer teorija, da navadna gravitacija ne more razložiti nenavadnega in pretirano hitrega vrtenja zvezd v spiralnih galaksijah. Pri takih hitrostih bi preprosto poleteli iz nje, če ne bi bila kakšna zadrževalna sila, ki je še ni mogoče registrirati. Druge teze teorij pojasnjujejo nemožnost pridobivanja WIMP (masivnih elektrošibko medsebojno delujočih delcev - partnerjev elementarnih poddelcev, supersimetričnih in supertežkih - torej idealnih kandidatov) v zemeljskih razmerah, saj živijo v n-dimenziji, ki je drugačna od naših treh - dimenzionalni. Po Kaluza-Kleinovi teoriji nam takšne meritve niso na voljo.

Menjanje zvezd

Druga teorija opisuje, kako spremenljive zvezde in črna snov medsebojno delujejo. Svetlost takšne zvezde se lahko spremeni ne le zaradi metafizičnih procesov, ki se dogajajo v notranjosti (pulziranje, kromosferska aktivnost, izmet prominence, prelivanja in mrki v sistemih dvojnih zvezd, eksplozija supernove), temveč tudi zaradi anomalnih lastnosti temne snovi.

WARP pogon

Po eni teoriji se lahko temna snov uporablja kot gorivo za podvesoljske motorje vesoljskih plovil, ki delujejo na hipotetični WARP tehnologiji (WARP Engine). Potencialno takšni motorji omogočajo, da se ladja premika s hitrostmi, ki presegajo hitrost svetlobe. Teoretično so sposobni upogibati prostor pred in za ladjo ter ga v njem premikati celo hitreje, kot elektromagnetno valovanje pospešuje v vakuumu. Ladja sama ne pospešuje lokalno – upognjeno je le prostorsko polje pred njo. Številne domišljijske zgodbe uporabljajo to tehnologijo, kot je saga Star Trek.

Rast v kopenskih razmerah

Poskusi ustvarjanja in pridobivanja črne snovi na zemlji še niso bili uspešni. Trenutno se izvajajo poskusi na LHC (Large Andron Collider), točno tam, kjer je bil Higgsov bozon prvič zabeležen, pa tudi na drugih, manj močnih, vključno z linearnimi trkalniki, ki iščejostabilni, a elektromagnetno šibko medsebojno delujoči partnerji elementarnih delcev. Vendar še niso bili pridobljeni niti fotino, niti gravitino, niti higsino, niti sneutrino (neutralino) niti drugi WIMP. Po predhodni previdni oceni znanstvenikov je za pridobitev enega miligrama temne snovi v zemeljskih razmerah potreben ekvivalent energije, porabljene v ZDA med letom.