Što je crna materija? Teorija tamne tvari

Što je bilo prvo: jaje ili piletina? Na ovom jednostavnom pitanju znanstvenici širom svijeta bore se desetljećima. Slično se postavlja pitanje što je bilo na samom početku, u vrijeme stvaranja svemira. I jeste li to stvorenje, ili su svemiri ciklički ili beskonačni? Što je crna tvar u svemiru i kako se razlikuje od bijele tvari? Odbacujući drugu vrstu religije, pokušajmo odgovoriti na ta pitanja s znanstvenog stajališta. Tijekom posljednjih nekoliko godina znanstvenici su uspjeli napraviti nevjerojatne stvari. Vjerojatno je, po prvi put u povijesti, izračuni teorijskih fizičara podudarali s izračunima eksperimentalnih fizičara. Tijekom godina znanstvenom je društvu predstavljeno nekoliko različitih teorija. Više ili manje točno, empirijski, ponekad kvazi-znanstvenim, ali teoretski procjene i dalje su potvrđeni eksperimentima, neki čak i sa zakašnjenjem od više od jednog desetljeća (na Higgsov bozon, na primjer).

Tamna tvar - crna energija

Takve teorije su mnogi, poput teorije struna, teorije Velikog praska (Big Bang), teorija cikličkih svemira, teoriju paralelnih svemira, modificirane Newtonovu dinamiku (Mond), teoriju stacionarnom svemiru Hoyle i drugi. Trenutno, međutim, općeprihvaćena teorija stalno se širi i razvija svemiru, teze koje su dobro u okviru koncepta Velikog praska. Tako kvaziempiricheski (t. E. Empirijski, ali na temelju postojećih modernih teorija o strukturi mikrokozmosa velike tolerancije i), podaci dobiveni su da su svi poznati mikročestice sastoje samo 4,02% od ukupnog volumena cijelu strukturu svemira. Ovo je tzv. "Baryonski koktel" ili barionska tvar. Međutim, najveći dio našeg svemira (preko 95%) - tvar koja planiraju, drugačiji sastav i svojstva. To je tzv. Crna tvar i crna energija. Oni se ponašaju drugačije: drugačiji način da se odgovori na različite vrste reakcija nisu utvrđeni postojeći tehničkim sredstvima da pokazuju svojstva prethodno nije studirao. Iz toga možemo zaključiti da je bilo koji od tih tvari podliježu različitim zakonima fizike (ne-Newtonove fizike, verbalnog analogni ne-euklidske geometrije), ili našoj razini znanosti i tehnologije je još uvijek u početnoj fazi osnivanja.

Što su bariononi?

Prema postojećim u trenutku kvark-gluonska modelu jakog međudjelovanja elementarnih čestica samo šesnaest (i nedavno otkriće Higgs bozon je potvrđeno): šest vrsta (fleyvorov) kvarkovi, gluona i dva osam bozon. Baryoni su teške elementarne čestice s jakim interakcijama. Najpoznatiji od njih su kvarkovi, proton i neutron. Obitelj tvari koje se razlikuju u leđa, mase njihov „boje”, a broj „čarolije”, „čudno”, samo su izgrađeni od onoga što mi zovemo barionski stvar. Crna (mračna) materija, koja je 21,8% ukupnog sastava svemira, sastoji se od drugih čestica koje ne emitiraju elektromagnetsko zračenje i ne reagiraju na nju ni na koji način. Stoga, za izravno promatranje, barem, pa čak i više za registraciju takvih tvari, najprije moramo razumjeti njihovu fiziku i dogovoriti se o zakonima na koje se pokoravaju. Mnogi moderni znanstvenici trenutačno se bave tim pitanjem u istraživačkim institutima različitih zemalja.

Najvjerojatnija opcija

Koje tvari smatraju moguće? Za početak treba napomenuti da postoje samo dvije moguće opcije. Prema GR i SRT (opće i posebne relativnosti), sastav tvari može biti i barionski i nonbaryonic tamna tvar (crno). Prema osnovnoj teoriji Velikog praska, bilo koja postojeća materija je zastupljena u obliku bariona. Ova je teza dokazana s iznimno velikom točnošću. Trenutno, znanstvenici su naučili za hvatanje čestica nastalih nakon singularnost minuta razmaka, tj nakon eksplozije superdense agregatnom stanju, tjelesnoj težini, teži beskonačnosti, a dimenzije tijela, teži nuli. Najvjerojatniji scenarij s barijevim česticama, budući da je od njih nastao naš svemir i kroz njih se i dalje širi. Tamna materija, prema toj hipotezi, sastoji se od osnovne, konvencionalne Newtonove fizike čestica, ali iz nekog razloga, slabo međusobno elektromagnetski. Zato ih detektori ne popravljaju.

Nije sve tako glatko

Ovaj scenarij odgovara mnogim znanstvenicima, ali još uvijek ima više pitanja nego odgovora. Ako crno-bijela stvar je zastupljen samo bariona, koncentracija bariona pluća kao postotak teških, što je rezultiralo BBN mora biti različita u početnom astronomskih objekata svemira. Da, i ne eksperimentalno utvrđeno da su u našoj galaksiji u ravnoteži dovoljan broj velikih objekata gravitacije, kao što su crne rupe ili neutronske zvijezde, našoj galaksiji Mliječni put halogenim za ravnotežu težine. Međutim, iste zvijezde neutrona, tamne galaktičke halove, crne rupe, bijele, crna i smeđi patuljci (zvijezde u različitim fazama njihovog životnog ciklusa), najvjerojatnije, dio su tamne materije, od kojih se sastoji tamna materija. Crna energija također može nadopuniti svoje punjenje, uključujući i predviđene hipotetske predmete, kao što su preon, quark i Q-zvijezde.

Ne-barionski kandidati

Drugi scenarij podrazumijeva ne-baryon početak. Evo, nekoliko vrsta čestica može djelovati kao kandidati. Na primjer, svjetlosni neutrini, čije postojanje već dokazuju znanstvenici. Međutim, njihova težina, po nalogu jednog stotog do jednog od deset eV (elektron volti), praktički ih isključuje iz mogućih čestica zbog nedostupnosti potrebnih kritične gustoće. Ali teški neutrini, u kombinaciji s teškim leptonima, praktički se ne manifestiraju slabe interakcije u normalnim uvjetima. Takvi neutrini nazivaju se sterilnim, oni sa svojom maksimalnom masom do jedne desetine eV imaju veću vjerojatnost da se kvalificiraju kao kandidati za čestice tamne materije. Axions i kozmoni su umjetno uvedeni u fizikalne jednadžbe za rješavanje problema kvantne kromodinamike iu standardnom modelu. Zajedno s drugim stabilnim Susy čestica (Susy-LSP) mogu kvalificirati kao kandidat, jer ne sudjeluju u elektromagnetskim i jakog međudjelovanja. Međutim, za razliku od neutrina, oni su ipak hipotetični, njihovo postojanje i dalje treba dokazati.

Teorija crne tvari

Nedostatak mase u svemiru stvara u tom pogledu različite teorije, od kojih su neki prilično bogati. Na primjer, teorija da gravitacija ne može objasniti neobičnu i izrazito brzo okretanje zvijezda u spiralnim galaksijama. U takvim brzinama, oni bi jednostavno poletio preko njega, ako ne i za određenu holding snagu, što se registrirate još nije moguće. Druge teorije da objasni nemogućnost dobivanja teze mlakonja (masivne čestice elektroslabovzaimodeystvuyuschie partnera elementarne subparticles, Susy i superteških - tj idealni kandidati) u podzemnim uvjetima jer oni žive u n-dimenzija, osim u velikom način od naše, trodimenzionalni. Prema Kaluza-Kleinovoj teoriji takva mjerenja nisu dostupna nama.

Varijabilne zvijezde

Druga teorija opisuje kako varijabilne zvijezde i crna tvar međusobno djeluju. Sjaj takvu zvijezdu može varirati ne samo zbog metafizičkih procesa koji se odvijaju unutar (pulsiranje chromospheric aktivnosti puštanje neravnina, preljeva i pomrčina u dvokrevetnim zvjezdanih sustava, eksplozija supernove), nego i zato što su neobičnim svojstvima tamne tvari.

VARP motor

Prema jednoj teoriji, tamna materija se može koristiti kao gorivo za motore subprostranstvennyh letjelice djeluju na hipotetsku warp tehnologijom (WARP Engine). Potencijalno, takvi motori dopuštaju da se brod kreće brzinom koja prelazi brzinu svjetlosti. Teoretski, oni su u stanju savijati prostor prije i iza broda i premjestiti je u njemu čak i brže nego što se elektromagnetski val ubrzava u vakuumu. Sam brod nije lokalno ubrzan - samo prostorno polje ispred njega je zakrivljeno. U mnogim fantastičnim pričama takva se tehnologija koristi, na primjer u saga Star Treka.

Generacija u zemaljskim uvjetima

Pokušaji stvaranja i primanja crne tvari na tlu još uvijek nisu doveli do uspjeha. Trenutno se provode eksperimenti u LHC (Large Hadron Collider), točno gdje je prvi put snimljeni na Higgsov bozon, kao i druge, manje snažan, uključujući linearno colliders u potrazi za stabilnim, ali slabo u interakciji elementarne čestice elektromagnetski partnera. Međutim, ni photino, niti gravitino higsino audio, audio sneutrinos (neutralino), kao i druge wimps (Wimp) još nisu dobili. Prema preliminarnim konzervativne procjene znanstvenika, kako bi se proizveo jedan miligram tamne tvari na Zemlji treba ekvivalent energije koja se troši u Sjedinjenim Američkim Državama tijekom godine.