Sinasabi ng Bagong Teorya na Hindi Umiiral ang Madilim na Bagay noong ika-26 ng Nobyembre, 2016

At pagkatapos ay lumalabas na maaaring hindi ito umiiral! Narito ang mga oras na iyon!

Maaaring tayo ay nasa tuktok ng isang siyentipikong rebolusyon na radikal na magbabago sa ating pag-unawa sa espasyo, oras at grabidad, "sabi ng physicist na si Erik Verlinde. Ang pangkalahatang teorya ng relativity ni Einstein ay hindi maaaring ilapat sa isang mikroskopikong sukat at tila hindi maipaliwanag ang mga phenomena tulad ng black hole at Big Bang. Ang ideya ng hindi nakikitang madilim na bagay at madilim na enerhiya ay hindi maipaliwanag ang mga obserbasyon na sumasalungat sa teorya ni Einstein.

Ang Dutch physicist na si Eric Verlinde ay nagmumungkahi ng isang ganap na bagong teorya na maaaring ipaliwanag ang paggalaw sa uniberso nang hindi naiimpluwensyahan ng madilim na bagay.

Itinatanggi ni Verlinde ang puwersa ng pagkahumaling bilang isa sa mga pangunahing puwersa at naniniwala na ito ay isang kababalaghan na lumitaw bilang resulta ng iba pang mas maliliit na paggalaw. Tinatawag niya itong emergent gravity.

Noong 2011, iginawad ang Nobel Prize sa Physics sa tatlong astrophysicist na sina Saul Perlmutter, Adam Riess at Brian Schmidt.

Natuklasan ng mga siyentipiko kung ano ang itinuturing na isa sa mga unang tagumpay sa teoretikal na astrophysics, na ang uniberso ay nagpapabilis sa pagpapalawak nito, at hindi bumabagal, gaya ng naisip noon.

Sinimulan ni Saul Perlmutter ang gawaing ito noong 1988 sa pamamagitan ng pag-aaral ng liwanag mula sa supernovae. Pagkalipas ng anim na taon, pumalit sina Adam Riess at Brian Schmidt, at ang dalawang koponan ay sinasabing nag-away sa mga natuklasan.

Inaasahan ng dalawang koponan na bumagal ang pagpapalawak ng uniberso dahil sa gravity sa pagitan ng mga kalawakan, isa sa mga kahihinatnan ng pangkalahatang teorya ng relativity ni Einstein. Ang parehong mga koponan, samantala, ay dumating sa parehong konklusyon: ang palagay ay mali, ang uniberso ay lumalawak nang mas mabilis at mas mabilis.

Batay sa teorya ni Einstein noong 1915, mayroong isang pagpapalagay na ang tanging tuloy-tuloy na natural na puwersa na may kakayahang makaimpluwensya sa paglawak ng uniberso ay ang gravity. Pinaniniwalaan din na ang mga kalawakan ay mag-aakit sa isa't isa at samakatuwid ay magpapabagal sa bilis ng pagpapalawak ng uniberso pagkatapos ng Big Bang.

Hindi pa namin alam kung ano talaga ang error. Hindi namin alam kung ano ang nakakasuklam na puwersa na ito, at tinatawag lamang namin itong madilim na enerhiya. Iminungkahi ng mga siyentipiko na 96% ng uniberso ay binubuo ng dark matter at dark energy.

Ginagamit din ang terminong "dark matter" upang ipaliwanag kung bakit nananatili ang mga bituin sa isang umiikot na kalawakan sa halip na lumipad palabas sa uniberso.

Ngunit: hindi lamang ang karaniwang tao ang naniniwala na ang ideya ng ilang di-nakikitang puwersa sa uniberso ay hindi ganap na tama.

Ang kilalang Dutch physicist na si Eric Verlinde ay naglathala ng isang siyentipikong papel kung saan inaangkin niya na maaari niyang ipaliwanag ang paggalaw nang walang impluwensya ng madilim na bagay dito, isinulat ng phys.org.

Ang ubod ng paliwanag ni Verlinde ay ang kontrobersyal na ideya ng entropic gravity. Noong 2010, ginulat niya ang siyentipikong komunidad sa kanyang teoryang ito, na pinabulaanan ang paraan ng pag-iisip ng mga tao sa nakalipas na 300 taon.

Ayon sa teorya ni Verlinde, ang gravity ay hindi isa sa apat na pangunahing pwersa, ito ay isang bagay na umuusbong. Sinasabi ni Verlinde na ang gravity ay isang lumilitaw na kababalaghan.

Kung paanong nalilikha ang init kapag gumagalaw ang mga microscopic na particle, gayundin ang gravity - sa pamamagitan ng mga pagbabago sa posisyon ng mga celestial body na natipon sa mismong istraktura ng space-time.

"Mayroon kaming katibayan na ang paraan ng pagtingin sa gravity ay talagang pareho sa kung ano ang aming naobserbahan. Sa isang malaking sukat, ang puwersa ng pagkahumaling ay kumikilos nang ganap na naiiba kaysa sa hinulaang ng teorya ni Einstein, "sabi niya sa website ng Phys.org.

Sa threshold ng siyentipikong rebolusyon

Matagal nang alam ng agham na mayroong isang bagay na hindi maintindihan sa pangkalahatang teorya ng relativity ni Einstein at mga teorya ng quantum mechanics.

Ang una ay nagpapaliwanag ng mga bagay sa isang malaking sukat, kung paano nakakaapekto ang mga bagay sa uniberso sa isa't isa. Ang quantum mechanics ay ginagamit upang ipaliwanag ang mga bagay sa isang mikroskopikong antas. Ngunit ang parehong mga teorya ay hindi maaaring gamitin nang sabay-sabay sa isa't isa, na talagang isang malaking misteryo ng modernong pisika.

Ang parehong mga teorya ay hindi maaaring totoo sa parehong oras. Nagsisimula ang mga problema sa pinakamatinding sitwasyon, tulad ng kalapitan ng black hole at ng Big Bang.

Naniniwala si Verlinde na lumalapit na tayo sa solusyon ng misteryo, na mangangailangan ng maraming muling pagsulat sa mga aklat-aralin.

"Maraming theoretical physicist, tulad ng aking sarili, ay nagtatrabaho sa muling pagbisita sa teorya, at mahusay na mga hakbang ang nagawa na. Marahil tayo ay nasa tuktok ng isang siyentipikong rebolusyon na radikal na magbabago sa ating pag-unawa sa espasyo, oras at grabidad, "sabi ni Verlinde sa Phys.org.

Sa pangkalahatan, mayroong isang opinyon na Wala nang mapupunit pa mula sa lumang teorya ... ang mga buto ay ngangangat ... at ang mga anak, at ang asawa? Ang isang bagong teorya ay agarang kailangan, at sa ilalim nito ay nagbibigay, parangal, parangal ...."

pinagmumulan

Ekolohiya ng kaalaman. Ang mga particle ng dark matter ay hindi gumagawa, sumasalamin, o sumisipsip ng liwanag. Gayunpaman, bagaman hindi natin nakikita

Ang mga particle ng dark matter ay hindi gumagawa, sumasalamin, o sumisipsip ng liwanag. Gayunpaman, kahit na hindi natin direktang nakikita ang madilim na bagay at hindi pa rin nauunawaan ang kalikasan nito, sumasang-ayon ang mga siyentipiko na ito ay bumubuo ng hanggang 26% ng uniberso na kilala natin, na nagmamasid sa mga epekto ng gravitational na mayroon ito sa iba pang mga bagay sa kalawakan. Tulad ng hangin na nagbaluktot sa isang puno, wala tayong nakikitang madilim na bagay, ngunit alam nating naroon ito. Batay sa mga obserbasyon na ito, ang mga siyentipiko ay bumubuo ng mga napaka-kagiliw-giliw na teorya tungkol sa mahiwagang sangkap na ito. Kung ito ay natuklasan, ang ating pag-unawa sa uniberso ay magiging mas malinaw.

Ang maitim na bagay ay maaaring maging sanhi ng malawakang pagkalipol

Michael Rampino, propesor ng biology sa New York University, ay naniniwala na ang paggalaw ng Earth sa pamamagitan ng galactic disk (ang ating rehiyon sa Milky Way galaxy) ay maaaring maging sanhi ng mass extinctions sa Earth. Nangyari ito dahil ang ating paggalaw ay nakagambala sa mga orbit ng mga kometa sa panlabas na solar system (kilala bilang "Oort cloud") at nagdulot ng pagtaas ng init ng core ng ating planeta.

Kasama ang mga planeta nito, ang Araw ay umiikot sa gitna ng Milky Way tuwing 250 milyong taon. Sa panahon ng paglalakbay nito, humahabol ito sa galactic disk tuwing 30 milyong taon. Naniniwala si Rampino na ang pagdaan ng Earth sa disk ay tumutugma sa mga epekto ng kometa at malawakang pagkalipol sa Earth, kabilang ang nangyari 65 milyong taon na ang nakalilipas nang mamatay ang mga dinosaur. Mayroon ding isang teorya na kaagad bago wakasan ng asteroid ang mga higanteng butiki, ang kanilang mga hanay ay makabuluhang pinalabnaw ng mga pagsabog ng bulkan.

Ang kumbinasyon ng hindi pangkaraniwang aktibidad ng bulkan at isang epekto ng asteroid ay tumutugma sa pagdaan ng Earth sa galactic disk: "Sa panahon ng pagpasa sa disk, ang mga konsentrasyon ng madilim na bagay ay nakakagambala sa mga landas ng mga kometa na malamang na lumipad nang malayo sa Earth sa panlabas na solar system," sabi ni Rampino. "Nangangahulugan ito na ang mga kometa, na karaniwang naglalakbay ng malalayong distansya mula sa Earth, ay dumaraan sa hindi pangkaraniwang mga landas hanggang sa punto ng epekto sa planeta." Ang ilan ay naniniwala na ang teorya ni Rampino ay hindi gumagana dahil ang mga dinosaur ay namatay dahil sa epekto ng isang asteroid, hindi isang kometa. Gayunpaman, 4% ng Oort cloud ay binubuo ng mga asteroid, na humigit-kumulang walong bilyon.

Bilang karagdagan dito, naniniwala si Rampino na ang bawat daanan ng Earth sa pamamagitan ng galactic disk ay humantong sa katotohanan na ang madilim na bagay ay naipon sa core ng planeta. Habang nagwawasak ang mga particle ng dark matter sa isa't isa, lumilikha sila ng matinding init, na maaaring magdulot ng mga pagsabog ng bulkan, mga pagbabago sa antas ng dagat, paglaki ng bundok, at iba pang aktibidad sa geological na seryosong nakakaapekto sa buhay sa Earth.

Ang Milky Way ay maaaring isang higanteng wormhole

Marahil ay nakatira tayo sa isang higanteng lagusan, na isang shortcut sa buong uniberso. Gaya ng hinulaang ng pangkalahatang teorya ng relativity ni Einstein, ang wormhole ay isang rehiyon kung saan ang espasyo at oras ay umiikot, na lumilikha ng isang "wormhole" sa isang malayong bahagi ng uniberso. Ayon sa mga astrophysicist sa International School for Advanced Studies sa Trieste, Italy, ang madilim na bagay sa ating kalawakan ay maaaring ipamahagi sa paraang makapagbibigay ng isang matatag na wormhole sa gitna ng ating Milky Way. Naniniwala ang mga siyentipikong ito na oras na para pag-isipang muli ang kalikasan ng madilim na bagay, marahil ito ay kumakatawan lamang sa bahagi ng isa pang dimensyon.

"Kung pagsasamahin natin ang mapa ng dark matter sa Milky Way sa pinakabagong modelo ng Big Bang," sabi ni Propesor Paulo Salucci, "at ipagpalagay na may mga space-time tunnels, malalaman natin na ang ating kalawakan ay maaaring magkaroon ng isa sa mga ito. tunnels, at ang gayong lagusan ay maaaring kasing laki ng isang buong kalawakan. Bilang karagdagan, maaari pa nga tayong dumaan sa tunnel na ito, dahil ito ay maaaring ma-navigate ayon sa ating mga kalkulasyon. Gaya ng napanood natin sa pelikulang Interstellar.

Siyempre, ito ay isang teorya lamang. Ngunit naniniwala ang mga siyentipiko na ang madilim na bagay ay maaaring ang susi sa paglikha at pagmamasid sa wormhole. Sa ngayon, walang nakitang wormhole sa kalikasan.

Pagtuklas ng Galaxy X

Kilala rin bilang dark matter galaxy, ang Galaxy X ay isang halos hindi nakikitang dwarf galaxy na maaaring sanhi ng kakaibang ripples sa malamig na hydrogen sa labas ng disk ng Milky Way. Ang Galaxy X ay pinaniniwalaan na isang satellite galaxy ng Milky Way sa isang kumpol ng apat na variable ng Cepheid, mga tumitibok na bituin na ginagamit bilang mga marker upang sukatin ang mga distansya sa kalawakan. Hindi natin makikita ang natitirang bahagi ng dwarf galaxy na ito dahil gawa ito sa dark matter, ayon sa teorya. Gayunpaman, dahil sa gravitational pull ng galaxy na ito, ang mga ripples na nakikita natin ay nalikha. Kung walang pinagmumulan ng gravity sa anyo ng madilim na bagay na humahawak sa kanila, malamang na lilipad ang apat na Cepheid.

"Ang pagtuklas ng mga variable ng Cepheid ay nagpapakita na ang aming paraan ng paghahanap ng mga lokasyon ng karamihan sa dark matter dwarf galaxies ay gumagana," sabi ng astronomer na si Sukania Chakrabarti. "Maaari itong makatulong sa amin sa kalaunan na maunawaan kung ano ang gawa sa madilim na bagay. Ipinakikita rin nito na ang teorya ng grabidad ni Newton ay maaaring gamitin sa pinakamalayong sulok ng kalawakan at hindi na kailangang baguhin ang ating teorya ng gravity."

Ang Higgs boson ay nabubulok sa dark matter

Binuo noong 1970s, ang Standard Model of particle physics ay isang set ng mga teorya na mahalagang hinuhulaan ang lahat ng kilalang subatomic particle sa uniberso at kung paano sila nakikipag-ugnayan. Sa kumpirmasyon noong 2012 ng pagkakaroon ng Higgs boson (kilala rin bilang "God particle"), kumpleto ang Standard Model. Sa kasamaang palad, hindi ipinapaliwanag ng modelong ito ang lahat at walang sinasabi tungkol sa gravity at dark matter. Ang masa ng particle ng Higgs ay tila masyadong maliit sa ilang mga siyentipiko.

Nag-udyok ito sa mga siyentipiko sa Chalmers University of Technology na magmungkahi ng isang bagong modelo batay sa supersymmetry, na nagbibigay ng bawat kilalang particle ng Standard Model na may mas mabigat na superpartner. Ayon sa bagong teorya, ang isang maliit na bahagi ng mga particle ng Higgs ay nabubulok sa isang photon (isang particle ng liwanag) at dalawang gravitinos (hypothetical particle ng dark matter). Kung makumpirma ang modelong ito, ganap nitong babaguhin ang ating pag-unawa sa mga pangunahing elemento ng kalikasan.

Madilim na bagay sa araw

Depende sa paraan na ginamit upang pag-aralan ang Araw, ang dami ng mga elementong mas mabigat kaysa sa hydrogen o helium ay magbabago ng 20-30 porsyento. Masusukat natin ang bawat isa sa mga elementong ito sa pamamagitan ng pagtingin sa spectrum ng liwanag na inilalabas nito, tulad ng fingerprint, o pag-aaral kung paano ito nakakaapekto sa mga sound wave na dumadaan sa Araw. Ang mahiwagang pagkakaiba sa dalawang uri na ito ng pagsukat ng mga elemento ng Araw ay tinatawag na problema ng solar excess (o kasaganaan).

Kailangan nating tumpak na sukatin ang mga elementong ito upang maunawaan ang kemikal na komposisyon ng Araw, pati na rin ang density at temperatura nito. Sa maraming paraan, makakatulong din ito sa atin na maunawaan ang komposisyon at pag-uugali ng iba pang mga bituin, pati na rin ang mga planeta at kalawakan.

Sa loob ng maraming taon, ang mga siyentipiko ay hindi makagawa ng isang katanggap-tanggap na solusyon. Pagkatapos ay iminungkahi ng astrophysicist na si Aaron Vincent at ng kanyang mga kasamahan ang pagkakaroon ng madilim na bagay sa core ng Araw bilang posibleng sagot sa tanong. Matapos subukan ang maraming mga modelo, nakabuo sila ng isang teorya na tila gumagana. Gayunpaman, kabilang dito ang isang espesyal na uri ng dark matter, "weakly interacting asymmetric dark matter," na maaaring maging matter o antimatter sa parehong oras.

Batay sa mga sukat ng gravity, nalaman ng mga siyentipiko na ang Araw ay pumapalibot sa isang halo ng madilim na bagay. Ang mga asymmetric na dark matter na particle ay hindi naglalaman ng maraming antimatter, kaya maaari silang makaligtas sa pakikipag-ugnay sa ordinaryong bagay at maipon sa core ng Araw. Ang mga particle na ito ay maaari ding sumipsip ng enerhiya sa gitna ng Araw at pagkatapos ay dalhin ang init nito sa mga panlabas na gilid, na maaaring ipaliwanag ang problema ng labis na solar.

Maaaring macroscopic ang dark matter

Kaso ang mga siyentipiko ng Western Reserve ay nagdududa na naghahanap kami ng madilim na bagay sa mga tamang lugar. Sa partikular, iminumungkahi nila na ang dark matter ay maaaring hindi binubuo ng maliliit na kakaibang particle tulad ng mga WIMP (mahinang nakikipag-ugnayan sa malalaking particle), ngunit ng mga macroscopic na bagay na mula sa ilang sentimetro hanggang sa laki ng isang asteroid. Gayunpaman, nililimitahan ng mga siyentipiko ang kanilang teorya sa kung ano ang naobserbahan na sa kalawakan. Kaya naman ang kanilang paniniwala na ang Standard Model of particle physics ang magbibigay ng sagot. Hindi kailangan ng bagong modelo.

Tinawag ng mga siyentipiko ang kanilang mga bagay na madilim na bagay na "macro". Hindi nila inaangkin na ang mga WIMP at axion ay hindi umiiral, ngunit inamin nila na ang aming paghahanap para sa madilim na bagay ay maaaring kabilang ang iba pang mga kandidato. May mga halimbawa ng bagay na hindi karaniwan o kakaiba, ngunit akma sa mga parameter ng Standard Model.

"Inalis ng siyentipikong komunidad ang ideya na ang madilim na bagay ay maaaring binubuo ng ordinaryong bagay sa huling bahagi ng dekada 80," sabi ng propesor sa pisika na si Glenn Starkman. "Kami ay nagtataka kung ito ay mali at kung ang madilim na bagay ay maaaring binubuo ng ordinaryong bagay - mga quark at mga electron?"

Pag-detect ng dark matter ng GPS

Dalawang physicist ang nagmungkahi ng paggamit ng mga GPS satellite upang maghanap ng madilim na bagay, na pinaniniwalaan ng mga siyentipiko na maaaring hindi mga particle sa kumbensyonal na kahulugan, ngunit sa halip ay mga streak sa tela ng space-time.

"Ang aming pananaliksik ay hinihimok ng ideya na ang madilim na bagay ay maaaring ayusin bilang isang higanteng tulad ng gas na koleksyon ng mga topological na depekto, o mga bitak ng enerhiya," sabi ni Andrey Derevianko ng Unibersidad ng Nevada. - Iminumungkahi naming tuklasin ang mga depektong ito, dark matter, gamit ang isang network ng mga sensitibong atomic na orasan. Ang ideya ay kapag ang mga orasan ay nawala sa sync, malalaman natin na ang dark matter, isang topological defect, ay dumaan sa lugar na iyon. Sa katunayan, plano naming gumamit ng mga GPS satellite bilang pinakamalaking detektor ng dark matter na gawa ng tao."

Sinusuri ng mga siyentipiko ang data mula sa 30 GPS satellite at sinusubukang subukan ang kanilang teorya sa kanilang tulong. Kung talagang gaseous ang dark matter, dadaan dito ang Earth habang gumagalaw ito sa galaxy. Nagsisilbing hangin, ang mga butil ng madilim na bagay ay tatangayin ng Earth at ng mga satellite nito, na nagiging sanhi ng pagkawala ng sync ng mga orasan ng GPS sa mga satellite at sa lupa tuwing tatlong minuto. Magagawang kontrolin ng mga siyentipiko ang mga pagkakaiba hanggang sa isang bilyon ng isang segundo.

Ang madilim na bagay ay maaaring kumain ng madilim na enerhiya

Ayon sa isang kamakailang pag-aaral, ang dark energy ay maaaring kumain ng dark matter habang nakikipag-ugnayan ang mga ito, na nagpapabagal naman sa paglaki ng mga galaxy at sa kalaunan ay maaaring iwanang halos ganap na walang laman ang uniberso. Posibleng ang dark matter ay nabubulok sa dark energy, ngunit hindi pa natin alam iyon. Pino kamakailan ng Planck spacecraft ang mga numero para sa pisikal na komposisyon ng uniberso: 4.9% ordinary matter, 25.9% dark matter, at 69.2% dark energy.

Wala tayong nakikitang dark matter o dark energy. Ang mga terminong ito ay hindi masyadong natukoy ng siyentipikong komunidad. Ang mga ito ay mas katulad ng mga kombensiyon na mananatili hanggang sa maunawaan natin kung ano talaga ang nangyayari.

Ang madilim na bagay ay umaakit at ang madilim na enerhiya ay nagtataboy. Ang dark matter ay ang frame o pundasyon kung saan itinayo ang mga galaxy at ang mga nilalaman nito. Ang gravitational pull nito ay pinaniniwalaang nagtataglay ng mga bituin sa mga kalawakan. Ang gravity ay mas malakas kapag ang mga bagay ay magkakalapit at mas mahina kapag sila ay mas malayo.

Sa kabilang banda, ang dark energy ay nangangahulugan ng puwersa na nagiging sanhi ng paglawak ng uniberso, na nagpapakalat ng mga galaxy. Habang tinataboy ng madilim na enerhiya ang mga bagay na ito, humihina ang gravity. Iminumungkahi nito na ang pagpapalawak ng espasyo ay bumibilis, at hindi bumabagal dahil sa mga epekto ng gravitational, gaya ng dating pinaniniwalaan.

"Mula noong huling bahagi ng 1990s, ang mga astronomo ay naging kumbinsido na may isang bagay na nagiging sanhi ng pagpapalawak ng ating uniberso upang mapabilis," sabi ni Propesor David Wands ng Unibersidad ng Portsmouth. - Ang simpleng paliwanag ay ang walang laman na espasyo - vacuum - ay may density ng enerhiya na isang cosmological constant. Gayunpaman, dumarami ang ebidensya na hindi maipaliwanag ng simpleng modelong ito ang buong hanay ng data ng astronomya na may access ang mga siyentipiko. Sa partikular, ang paglaki ng istruktura ng kosmiko, mga kalawakan at mga kumpol ng mga kalawakan ay mas mabagal kaysa sa inaasahan."

Ang madilim na bagay ay nagdudulot ng mga ripples sa galactic disk

Kapag tiningnan sa kalawakan mula sa Earth, makikita natin na ang mga bituin ay biglang nagtatapos sa 50,000 light years mula sa gitna ng ating kalawakan. Samakatuwid, ito ang katapusan ng kalawakan. Wala tayong makikitang seryoso hanggang sa tayo ay 15,000 light-years ang layo mula sa hangganang iyon, ang Unicorn Ring, ang mga bituin na nasa itaas ng eroplano ng ating kalawakan. Ang ilang mga siyentipiko ay naniniwala na ang mga bituin na ito ay napunit mula sa isa pang kalawakan.

Gayunpaman, ipinakita ng isang bagong pagsusuri ng data mula sa Sloan Digital Sky Survey na ang Unicorn Ring ay, sa katunayan, bahagi ng ating kalawakan. Nangangahulugan ito na ang Milky Way ay hindi bababa sa 50% na mas malaki kaysa sa naisip natin - at ang diameter ng ating kalawakan ay tumataas mula 100,000-120,000 light-years hanggang 150,000-180,000 light-years.

Kung titingnan mula sa Earth, hindi natin nakikita na konektado sila dahil sa mga puwang sa galactic disk. Ang mga ripple na ito ay katulad ng mga concentric na bilog na nagliliwanag mula sa kung saan nahulog ang bato sa tubig. Ang isang alon ay tumataas at humaharang sa tanawin ng karagatan, na iniiwan lamang ang mas matataas na alon na nakikita. Kaya, kahit na ang aming pananaw ay bahagyang naharang ng hugis ng aming kalawakan, nakita namin ang Unicorn Ring na parang tuktok ng isang mataas na alon.

Binabago ng pagtuklas na ito ang ating pag-unawa sa istruktura ng Milky Way.

"Nalaman namin na ang disk ng Milky Way ay hindi lamang isang disk ng mga bituin sa isang eroplano, ito ay corrugated," sabi ni Heidi Newberg ng Rensselaer School of Science. - Nakikita natin ang hindi bababa sa apat na depresyon sa disk ng Milky Way. At dahil ang apat na labangan na ito ay nakikita lamang mula sa ating pananaw, maaari nating ipagpalagay na may mga katulad na ripples sa buong disk ng Milky Way.

Naniniwala ang mga siyentipiko na ang mga ripple na ito ay maaaring sanhi ng isang piraso ng dark matter o isang dwarf galaxy na bumabagtas sa Milky Way. Kung mapatunayang tama ang teoryang ito, makakatulong ang mga concentric trough ng Milky Way sa mga siyentipiko na suriin ang pamamahagi ng dark matter sa ating kalawakan.

Lagda ng gamma ray

Hanggang kamakailan lamang, ang tanging paraan upang matukoy ng mga siyentipiko ang madilim na bagay ay sa pamamagitan ng pag-obserba sa mga posibleng epekto nito sa gravitational sa iba pang mga bagay sa kalawakan. Gayunpaman, naniniwala ang mga siyentipiko na ang gamma ray ay maaaring direktang indikasyon na ang madilim na bagay ay nagtatago sa ating uniberso. Maaaring natukoy na nila ang unang gamma-ray signature sa Reticulum 2, isang bagong natuklasang dwarf galaxy malapit sa Milky Way.

Ang gamma rays ay isang anyo ng high-energy electromagnetic radiation na ibinubuga mula sa mga siksik na sentro ng mga kalawakan. Kung ang dark matter ay talagang binubuo ng mga WIMP, ang mga dark matter na particle ay maaaring pagmulan ng gamma rays na ginawa sa proseso ng mutual annihilation ng mga WIMP sa pakikipag-ugnay. Gayunpaman, ang mga gamma ray ay maaari ding ilabas ng iba pang mga mapagkukunan tulad ng mga black hole at pulsar. Kung, sa proseso ng pagsusuri, posibleng paghiwalayin ang isang pinagmulan mula sa isa pa, makakakuha tayo ng dark matter gamma rays. Ngunit ito ay isang teorya lamang.

Naniniwala ang mga siyentipiko na karamihan sa mga dwarf galaxies ay kulang sa mahahalagang pinagmumulan ng gamma rays, ang dark matter ay maaaring account para sa 99%. Kaya naman nasasabik ang mga physicist sa Carnegie Mellon, Brown at Cambridge Unibersidad sa pagkuha ng gamma rays mula sa Reticulum 2.

"Ang gravity detection ng dark matter ay maaaring sabihin sa amin ng napakakaunting tungkol sa pag-uugali ng dark matter particle," sabi ni Matthew Walker ng Carnegie Mellon University. "Ngayon mayroon na tayong non-gravitational detection na nagpapakita na ang dark matter ay kumikilos tulad ng isang particle, at ito ay napakahalaga."

Siyempre, nananatili ang posibilidad na ang gamma radiation na ito ay nagmula sa iba pang mga mapagkukunan na hindi pa natukoy. gayunpaman, pinakabagong pagtuklas ng siyam na dwarf galaxies malapit sa Milky Way ay nagbibigay sa mga siyentipiko ng pagkakataon na higit pang tuklasin ang teoryang ito. inilathala

Ang teoretikal na konstruksyon sa physics, na tinatawag na Standard Model, ay naglalarawan ng mga pakikipag-ugnayan ng lahat ng elementarya na particle na kilala sa agham. Ngunit ito ay 5% lamang ng sangkap na umiiral sa Uniberso, habang ang natitirang 95% ay ganap na hindi kilalang kalikasan. Ano ang hypothetical dark matter na ito at paano ito sinusubukan ng mga siyentipiko na tuklasin? Si Hayk Hakobyan, isang mag-aaral sa Moscow Institute of Physics and Technology at isang empleyado ng Department of Physics and Astrophysics, ay nagsasalita tungkol dito sa loob ng balangkas ng isang espesyal na proyekto.

Ang Standard Model of elementary particles, na sa wakas ay nakumpirma pagkatapos ng pagtuklas ng Higgs boson, ay naglalarawan sa mga pangunahing pakikipag-ugnayan (electroweak at malakas) ng mga ordinaryong particle na kilala natin: lepton, quark at mga carrier ng interaksyon (boson at gluon). Gayunpaman, lumalabas na ang lahat ng malaking kumplikadong teorya na ito ay naglalarawan lamang ng tungkol sa 5-6% ng lahat ng bagay, habang ang iba ay hindi umaangkop sa modelong ito. Ang mga obserbasyon mula sa pinakamaagang sandali ng buhay ng ating uniberso ay nagpapakita sa atin na humigit-kumulang 95% ng bagay na nakapaligid sa atin ay ganap na hindi kilala. Sa madaling salita, hindi natin direktang nakikita ang pagkakaroon ng nakatagong bagay na ito dahil sa impluwensya ng gravitational nito, ngunit hanggang ngayon ay hindi pa ito direktang mahuli. Ang kababalaghang ito ng nakatagong masa ay na-codenamed na "dark matter".

Ang modernong agham, lalo na ang kosmolohiya, ay gumagana ayon sa deduktibong pamamaraan ng Sherlock Holmes

Ngayon ang pangunahing kandidato mula sa grupo ng WISP ay ang axion, na lumitaw sa teorya ng malakas na pakikipag-ugnayan at may napakaliit na masa. Ang nasabing particle ay may kakayahang mag-transform sa isang photon-photon na pares sa mataas na magnetic field, na nagbibigay ng mga pahiwatig kung paano masusubukan ng isang tao na makita ito. Ang eksperimento ng ADMX ay gumagamit ng malalaking silid na lumilikha ng magnetic field na 80,000 gauss (iyon ay 100,000 beses ang magnetic field ng Earth). Sa teorya, ang gayong larangan ay dapat pasiglahin ang pagkabulok ng axion sa isang pares ng photon-photon, na dapat mahuli ng mga detektor. Sa kabila ng maraming pagtatangka, ang mga WIMP, axion o sterile neutrino ay hindi pa natukoy.

Kaya, naglakbay kami sa isang malaking bilang ng iba't ibang mga hypotheses na naglalayong ipaliwanag ang kakaibang presensya ng isang madilim na masa, at, nang tinanggihan ang lahat ng imposible sa tulong ng mga obserbasyon, nakarating kami sa ilang posibleng mga hypotheses na maaari na nating magtrabaho.

Ang isang negatibong resulta sa agham ay isang resulta din, dahil nililimitahan nito ang iba't ibang mga parameter ng mga particle, halimbawa, inaalis nito ang hanay ng mga posibleng masa. Taun-taon, parami nang parami ang mga bagong obserbasyon at eksperimento sa mga accelerator na nagbibigay ng bago, mas mahigpit na limitasyon sa masa at iba pang mga parameter ng mga particle ng dark matter. Kaya, itinatapon ang lahat ng imposibleng opsyon at paliitin ang bilog ng mga paghahanap, araw-araw ay lumalapit tayo sa pag-unawa kung ano ang binubuo ng 95% ng bagay sa ating Uniberso.

Ang mga siyentipiko ay gumawa ng isang mahalagang hakbang patungo sa paglutas ng isa sa mga pangunahing misteryo sa uniberso - ang madilim na bagay, na pinaniniwalaang pumupuno sa karamihan ng kalawakan. Mga propesyonal na nagtatrabaho sa isang proyekto Dark Energy Survey , gamit ang isang malakas na teleskopyo sa Andes nakagawa ng mapa nagpapakita ng pamamahagi ng madilim na bagay. sa kanya ang malalaking coils ng dark matter ay nakikita, nagkalat sa mga kalawakan at pinaghihiwalay ng libreng espasyo.

Hanggang ngayon, napag-aralan lamang ng mga siyentipiko ang madilim na bagay sa pamamagitan ng pagsukat ng pagbaluktot ng liwanag mula sa malalayong kalawakan. Dahil dito, gustong sukatin ng mga eksperto madilim na enerhiya- isang mas mahiwagang puwersa na nagpapalawak sa uniberso sa patuloy na pagtaas ng bilis.

Madilim na bagaysa astronomiya at kosmolohiya, gayundin sa teoretikal na pisika, isang hypothetical na anyo ng bagay na hindi naglalabas o nakikipag-ugnayan sa electromagnetic radiation. Ang pag-aari ng ganitong anyo ng bagay ay ginagawang imposibleng direktang obserbahan ito.

Ang konklusyon tungkol sa pagkakaroon ng madilim na bagay ay ginawa batay sa marami, pare-pareho sa bawat isa, ngunit hindi direktang mga palatandaan ng pag-uugali ng mga astrophysical na bagay at ang mga epekto ng gravitational na kanilang nilikha. Ang pagtuklas ng likas na katangian ng madilim na bagay ay makakatulong na malutas ang problema ng nakatagong masa, na, sa partikular, ay binubuo sa anomalyang mataas na bilis ng pag-ikot ng mga panlabas na rehiyon ng mga kalawakan.

Ang termino ay naging laganap pagkatapos ng gawain ni Fritz Zwicky. Sinukat ni Zwicky ang radial velocities ng walong galaxy sa Coma cluster (ang konstelasyon na Coma Berenices) at nalaman na para maging stable ang cluster, dapat ipagpalagay na ang kabuuang masa nito ay sampu-sampung beses na mas malaki kaysa sa masa ng mga bumubuo nitong bituin. Sa lalong madaling panahon ang iba pang mga astronomo ay dumating sa parehong mga konklusyon para sa maraming iba pang mga kalawakan. Mula noong 1960s, nang ang pagmamasid na paraan ng astronomiya ay nagsimulang mabilis na umunlad, ang bilang ng mga argumento na pabor sa pagkakaroon ng madilim na bagay ay mabilis na lumaki. Kasabay nito, ang mga pagtatantya ng mga parameter nito na nakuha mula sa iba't ibang mga mapagkukunan at sa pamamagitan ng iba't ibang mga pamamaraan ay karaniwang pare-pareho sa bawat isa.

Ang pagkakaroon ng hindi kilalang bagay sa Uniberso at ang impluwensya nito ay naging isang tipikal na sitwasyon sa mundo ng mga kalawakan.

Ang pag-aaral ng paggalaw sa mga sistema ng binary galaxies at sa galactic clusters ay isinagawa. Ito ay lumabas na sa mga kaliskis na ito, ang proporsyon ng madilim na bagay ay mas mataas kaysa sa loob ng mga kalawakan.

Ang stellar mass ng elliptical galaxies, ayon sa mga kalkulasyon, ay hindi sapat upang maglaman ng mainit na gas na pumapasok sa kalawakan, kung hindi mo isasaalang-alang ang dark matter.

Ang pagtatantya sa masa ng mga kumpol ng kalawakan na nagsasagawa ng gravitational lensing ay nagbibigay ng mga resulta na kinabibilangan ng kontribusyon ng dark matter at malapit sa mga nakuha ng ibang mga pamamaraan.

Ang isang pangunahing nag-ambag noong huling bahagi ng 1960s at unang bahagi ng 1970s ay ang astronomer na si Vera Rubin ng Carnegie Institution, na siyang unang gumawa ng tumpak at maaasahang mga kalkulasyon na nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng dark matter. Kasama ang isang co-author (Kent Ford), inihayag ni Rubin ang pagtuklas sa American Astronomical Society conference noong 1975 na karamihan sa mga bituin sa spiral galaxies ay gumagalaw sa mga orbit sa humigit-kumulang sa parehong angular velocity, na humahantong sa ideya na ang mass density sa mga galaxy ay pareho para sa mga rehiyong iyon. , kung saan ang karamihan sa mga bituin (umbok), at para sa mga rehiyong iyon sa gilid ng disk, kung saan kakaunti ang mga bituin.

Na-publish noong 2012, ang isang pag-aaral ng mga galaw ng higit sa 400 mga bituin na matatagpuan hanggang sa 13,000 light-years mula sa Araw ay walang nakitang katibayan ng pagkakaroon ng madilim na bagay sa isang malaking volume ng espasyo sa paligid ng Araw. Ayon sa mga hula ng mga teorya, ang average na dami ng madilim na bagay sa paligid ng Araw ay dapat na mga 0.5 kg sa dami ng Earth. Gayunpaman, ang mga sukat ay nagbigay ng halaga na 0.00±0.06 kg ng dark matter sa volume na ito. Nangangahulugan ito na ang mga pagtatangka na irehistro ang madilim na bagay sa Earth, halimbawa, sa mga bihirang pakikipag-ugnayan ng mga particle ng dark matter na may "ordinaryong" matter, ay hindi maaaring maging matagumpay.

Ayon sa data ng mga obserbasyon ng Planck space observatory na inilathala noong Marso 2013, ang kabuuang mass-energy ng observable Universe ay binubuo ng 4.9% ng ordinaryong (baryonic) matter, 26.8% ng dark matter at 68.3% ng dark energy. . Kaya, ang Uniberso ay 95.1% na binubuo ng dark matter at dark energy.

Ang pinaka-natural na palagay ay tila ang madilim na bagay ay binubuo ng ordinaryong, baryonic na bagay. , sa ilang kadahilanan ay mahinang nakikipag-ugnayan sa electromagnetically at samakatuwid ay hindi nakikita sa pag-aaral, halimbawa, mga linya ng paglabas at pagsipsip.

Gayunpaman, ang mga teoretikal na modelo ay nagbibigay ng isang malaking seleksyon ng mga posibleng kandidato para sa papel ng di-baryonic na invisible matter - ito ay: light neutrino, heavy neutrino, axions, cosmions at supersymmetric particles gaya ng photinos, gravitinos, higgsinos, sneutrino, wines at zino.

Mayroong mga alternatibong teorya ng dark matter at dark energy:

Materya mula sa ibang dimensyon (parallel universes)

Sa ilang teorya tungkol sa mga karagdagang dimensyon, tinatanggap ang gravity bilang isang natatanging uri ng pakikipag-ugnayan na maaaring kumilos sa ating espasyo mula sa mga dagdag na dimensyon. Ang pagpapalagay na ito ay nakakatulong na ipaliwanag ang relatibong kahinaan ng gravitational force kumpara sa iba pang tatlong pangunahing pwersa (electromagnetic, malakas at mahina). dagdag, hindi nakikita) na mga dimensyon sa pamamagitan ng gravity. Kasabay nito, ang ibang mga uri ng mga pakikipag-ugnayan ay hindi maaaring madama ang mga dimensyong ito at ang bagay na ito sa kanila sa anumang paraan, ay hindi maaaring makipag-ugnayan dito. Ang bagay sa ibang mga dimensyon (talagang nasa isang parallel na Uniberso) ay maaaring mabuo sa mga istruktura (mga kalawakan, kanilang sarili, mga kakaibang istruktura, na sa aming mga sukat ay nararamdaman bilang isang gravitational halo sa paligid ng mga nakikitang kalawakan.

Mga depekto sa topological sa espasyo

Ang dark matter ay maaaring primordial lamang (nagmula sa sandali ng Big Bang) na mga depekto sa kalawakan at/o ang topology ng mga quantum field, na maaaring naglalaman ng enerhiya, at sa gayo'y nagiging sanhi ng mga puwersa ng gravitational.

Mga artikulo ng cycle, sinuri namin ang istraktura ng nakikitang uniberso. Napag-usapan namin ang tungkol sa istraktura nito at ang mga particle na bumubuo sa istrukturang ito. Tungkol sa mga nucleon, na gumaganap ng pangunahing papel, dahil mula sa kanila na binubuo ang lahat ng nakikitang bagay. Tungkol sa mga photon, electron, neutrino, gayundin sa mga pangalawang aktor na kasangkot sa unibersal na pagganap na lumaganap 14 bilyong taon mula noong Big Bang. Mukhang wala nang dapat pag-usapan pa. Pero hindi naman. Ang katotohanan ay ang sangkap na nakikita natin ay isang maliit na bahagi lamang ng kung ano ang binubuo ng ating mundo. Ang lahat ng iba pa ay isang bagay na halos wala tayong alam. Ang mahiwagang "isang bagay" na ito ay tinatawag na dark matter.

Kung ang mga anino ng mga bagay ay hindi nakadepende sa laki ng mga huli,
ngunit magkakaroon ng kanilang sariling di-makatwirang paglago, kung gayon, marahil,
sa lalong madaling panahon ay wala nang matitirang maliwanag na lugar sa buong mundo.

Kozma Prutkov

Ano ang mangyayari sa ating mundo?

Matapos ang pagtuklas noong 1929 ni Edward Hubble ng redshift sa spectra ng malalayong galaxy, naging malinaw na ang Uniberso ay lumalawak. Isa sa mga tanong na bumangon sa usaping ito ay ang mga sumusunod: hanggang kailan magpapatuloy ang pagpapalawak at paano ito matatapos? Ang mga puwersa ng gravitational attraction na kumikilos sa pagitan ng magkakahiwalay na bahagi ng Uniberso ay may posibilidad na pabagalin ang pagtakbo ng mga bahaging ito. Kung anong deceleration ang hahantong ay depende sa kabuuang masa ng Uniberso. Kung ito ay sapat na malaki, ang mga puwersa ng grabidad ay unti-unting hihinto sa pagpapalawak at ito ay papalitan ng pag-urong. Bilang isang resulta, ang Uniberso sa kalaunan ay "magbagsak" muli sa punto kung saan nagsimula itong lumawak. Kung ang masa ay mas mababa kaysa sa ilang kritikal na masa, ang pagpapalawak ay magpapatuloy magpakailanman. Karaniwang kaugalian na magsalita hindi tungkol sa masa, ngunit tungkol sa density, na nauugnay sa masa sa pamamagitan ng isang simpleng relasyon na kilala mula sa isang kurso sa paaralan: ang density ay masa na hinati sa dami.

Ang kinakalkula na halaga ng kritikal na average na density ng Uniberso ay humigit-kumulang 10 -29 gramo bawat kubiko sentimetro, na tumutugma sa isang average ng limang nucleon bawat metro kubiko. Dapat itong bigyang-diin na pinag-uusapan natin ang average na density. Ang katangiang konsentrasyon ng mga nucleon sa tubig, lupa at sa atin ay humigit-kumulang 10 30 kada metro kubiko. Gayunpaman, sa kawalan na naghihiwalay sa mga kumpol ng mga kalawakan at sumasakop sa bahagi ng leon sa dami ng Uniberso, ang density ay sampung order ng magnitude na mas mababa. Ang halaga ng konsentrasyon ng nucleon, na na-average sa buong volume ng Uniberso, ay sinusukat ng sampu at daan-daang beses, maingat na binibilang ang bilang ng mga bituin at mga ulap ng gas at alikabok gamit ang iba't ibang pamamaraan. Ang mga resulta ng naturang mga sukat ay medyo naiiba, ngunit ang husay na konklusyon ay nananatiling pareho: ang halaga ng density ng Uniberso ay halos hindi umabot sa ilang porsyento ng kritikal.

Samakatuwid, hanggang sa 70s ng XX siglo, ang pangkalahatang tinatanggap na pagtataya ay ang walang hanggang pagpapalawak ng ating mundo, na hindi maiiwasang humantong sa tinatawag na kamatayan sa init. Ang heat death ay isang estado ng isang sistema kapag ang substance sa loob nito ay pantay na ipinamamahagi at ang iba't ibang bahagi nito ay may parehong temperatura. Bilang kinahinatnan, hindi posible ang paglipat ng enerhiya mula sa isang bahagi ng sistema patungo sa isa pa, o ang muling pamamahagi ng bagay. Sa ganitong sistema, walang nangyayari at hindi na mauulit. Ang isang malinaw na pagkakatulad ay ang tubig na natapon sa ibabaw. Kung ang ibabaw ay hindi pantay at mayroong hindi bababa sa bahagyang pagkakaiba sa elevation, ang tubig ay gumagalaw sa kahabaan nito mula sa mas mataas na lugar patungo sa mas mababang mga lugar at kalaunan ay nag-iipon sa mababang lupain, na bumubuo ng mga puddles. Huminto ang paggalaw. Ang tanging kaaliwan ay ang kamatayan sa init ay magaganap sa sampu at daan-daang bilyong taon. Samakatuwid, hindi maiisip ng isa ang madilim na pag-asam na ito sa napakatagal na panahon.

Gayunpaman, unti-unting naging malinaw na ang tunay na masa ng Uniberso ay mas malaki kaysa sa nakikitang masa na nilalaman ng mga bituin at mga ulap ng gas at alikabok at, malamang, ay malapit sa kritikal. At marahil ay eksaktong katumbas nito.

Katibayan para sa pagkakaroon ng madilim na bagay

Ang unang indikasyon na may mali sa pagkalkula ng masa ng uniberso ay lumitaw noong kalagitnaan ng 1930s. Sinukat ng Swiss astronomer na si Fritz Zwicky ang bilis kung saan ang mga galaxy sa Coma Cluster (isa sa pinakamalaking kumpol na kilala natin, kabilang dito ang libu-libong kalawakan) ay gumagalaw sa isang karaniwang sentro. Ang resulta ay nakapanghihina ng loob: ang bilis ng mga kalawakan ay naging mas mataas kaysa sa inaasahan batay sa naobserbahang kabuuang masa ng kumpol. Nangangahulugan ito na ang tunay na masa ng kumpol ng Coma Berenices ay mas malaki kaysa sa nakikita. Ngunit ang pangunahing dami ng bagay na naroroon sa rehiyong ito ng Uniberso ay nananatiling, sa ilang kadahilanan, hindi nakikita at hindi naa-access sa mga direktang obserbasyon, na nagpapakita ng sarili lamang sa gravitationally, iyon ay, bilang masa lamang.

Ang pagkakaroon ng isang nakatagong masa sa mga kumpol ng mga kalawakan ay pinatunayan din ng mga eksperimento sa tinatawag na gravitational lensing. Ang paliwanag ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay sumusunod sa teorya ng relativity. Alinsunod dito, ang anumang masa ay nagpapabagal sa espasyo at, tulad ng isang lens, ay nakakasira sa rectilinear na kurso ng mga light ray. Ang pagbaluktot na dulot ng isang kumpol ng mga kalawakan ay napakalaki kaya madaling mapansin. Sa partikular, mula sa pagbaluktot ng imahe ng kalawakan na nasa likod ng kumpol, maaaring kalkulahin ng isa ang pamamahagi ng bagay sa kumpol ng lens at sa gayon ay masukat ang kabuuang masa nito. At lumalabas na ito ay palaging maraming beses na mas malaki kaysa sa kontribusyon ng nakikitang bagay ng kumpol.

40 taon pagkatapos ng gawain ni Zwicky, noong dekada 70, pinag-aralan ng American astronomer na si Vera Rubin ang bilis ng pag-ikot sa paligid ng galactic center ng matter na matatagpuan sa periphery ng mga galaxy. Alinsunod sa mga batas ni Kepler (at sila ay direktang sumusunod mula sa batas ng unibersal na grabitasyon), kapag lumilipat mula sa gitna ng kalawakan patungo sa periphery nito, ang bilis ng pag-ikot ng mga galactic na bagay ay dapat bumaba nang pabalik-balik sa square root ng distansya sa gitna. . Ang mga sukat ay nagpakita na para sa maraming mga kalawakan ang bilis na ito ay nananatiling halos pare-pareho sa isang napakalaking distansya mula sa gitna. Ang mga resultang ito ay maaaring bigyang-kahulugan sa isang paraan lamang: ang density ng bagay sa naturang mga kalawakan ay hindi bumababa kapag lumalayo sa gitna, ngunit nananatiling halos hindi nagbabago. Dahil ang density ng nakikitang bagay (na nilalaman sa mga bituin at interstellar gas) ay mabilis na bumabagsak patungo sa periphery ng kalawakan, may isang bagay na dapat magbigay ng nawawalang density na hindi natin nakikita sa ilang kadahilanan. Ang isang quantitative na paliwanag ng mga naobserbahang dependence ng rate ng pag-ikot sa distansya sa gitna ng mga kalawakan ay nangangailangan na ang hindi nakikitang "isang bagay" na ito ay humigit-kumulang 10 beses na mas malaki kaysa sa ordinaryong nakikitang bagay. Ang "isang bagay" na ito ay tinatawag na "dark matter" (sa Ingles " madilim na bagay”) at nananatiling pinaka nakakaintriga na misteryo sa astrophysics.

Ang isa pang mahalagang piraso ng ebidensya para sa pagkakaroon ng madilim na bagay sa ating mundo ay mula sa mga kalkulasyon na nagmomodelo sa pagbuo ng mga kalawakan na nagsimula mga 300,000 taon pagkatapos ng pagsisimula ng Big Bang. Ang mga kalkulasyong ito ay nagpapakita na ang mga puwersa ng gravitational attraction na kumikilos sa pagitan ng mga lumilipad na fragment ng bagay na lumitaw sa panahon ng pagsabog ay hindi makabawi para sa kinetic energy ng pagpapalawak. Ang bagay ay hindi dapat na natipon sa mga kalawakan na gayunpaman ay namamasid natin sa modernong panahon. Ang problemang ito ay tinawag na galactic paradox, at sa loob ng mahabang panahon ito ay itinuturing na isang seryosong argumento laban sa teorya ng Big Bang. Gayunpaman, kung ipagpalagay natin na ang mga particle ng ordinaryong bagay sa unang bahagi ng Uniberso ay halo-halong mga particle ng hindi nakikitang madilim na bagay, kung gayon ang lahat ay nahuhulog sa lugar sa mga kalkulasyon at ang mga dulo ay magsisimulang magtagpo - ang pagbuo ng mga kalawakan mula sa mga bituin, at pagkatapos ay mga kumpol ng mga kalawakan nagiging posible. Kasabay nito, tulad ng ipinapakita ng mga kalkulasyon, sa una ang isang malaking bilang ng mga dark matter na particle ay nagsisiksikan sa mga kalawakan at pagkatapos lamang, dahil sa mga puwersa ng gravitational, ang mga elemento ng ordinaryong bagay ay natipon sa kanila, ang kabuuang masa nito ay ilang porsyento lamang ng kabuuang masa ng Uniberso. Lumalabas na ang pamilyar at tila pinag-aralan nang detalyado ang nakikitang mundo, na kamakailan nating itinuturing na halos naiintindihan, ay isang maliit na karagdagan lamang sa isang bagay na talagang binubuo ng Uniberso. Ang mga planeta, bituin, kalawakan at ikaw at ako ay isang screen lamang para sa isang malaking "bagay" na wala tayong ideya.

Photofact

Ang isang kumpol ng mga kalawakan (sa kaliwang ibaba ng bilog na lugar) ay lumilikha ng isang gravitational lens. Pinipilipit nito ang hugis ng mga bagay na matatagpuan sa likod ng lens - iniunat ang kanilang mga imahe sa isang direksyon. Batay sa laki at direksyon ng kahabaan, isang internasyonal na pangkat ng mga astronomo mula sa Southern European Observatory, na pinamumunuan ng mga siyentipiko mula sa Paris Institute of Astrophysics, ang nagplano ng mass distribution na ipinapakita sa ibabang larawan. Tulad ng nakikita mo, mas maraming masa ang nakakonsentra sa kumpol kaysa sa makikita sa pamamagitan ng teleskopyo.

Ang pangangaso para sa madilim na malalaking bagay ay hindi isang mabilis na negosyo, at sa larawan ang resulta ay hindi mukhang ang pinaka-kahanga-hanga. Noong 1995, napansin ng teleskopyo ng Hubble na ang isa sa mga bituin sa Large Magellanic Cloud ay lumiwanag nang mas maliwanag. Ang glow na ito ay tumagal ng higit sa tatlong buwan, ngunit pagkatapos ay bumalik ang bituin sa natural na estado nito. At pagkaraan ng anim na taon, isang halos maliwanag na bagay ang lumitaw sa tabi ng bituin. Ito ang malamig na dwarf, na, na dumaraan sa layo na 600 light-years mula sa bituin, ay lumikha ng isang gravitational lens na nagpapalaki ng liwanag. Ipinakita ng mga kalkulasyon na ang masa ng dwarf na ito ay 5-10% lamang ng masa ng Araw.

Sa wakas, ang pangkalahatang teorya ng relativity ay natatanging nag-uugnay sa bilis ng paglawak ng uniberso sa average na density ng bagay na nakapaloob dito. Ipagpalagay na ang average na curvature ng espasyo ay katumbas ng zero, iyon ay, ang geometry ni Euclid ay gumagana sa loob nito, at hindi ang Lobachevsky (na mapagkakatiwalaan na napatunayan, halimbawa, sa mga eksperimento na may cosmic microwave background radiation), ang density na ito ay dapat na katumbas ng 10 - 29 gramo bawat kubiko sentimetro. Ang density ng nakikitang bagay ay humigit-kumulang 20 beses na mas mababa. Ang nawawalang 95% ng masa ng uniberso ay madilim na bagay. Tandaan na ang halaga ng density na sinusukat mula sa rate ng pagpapalawak ng Uniberso ay kritikal. Dalawang value, na nakapag-iisa na nakalkula sa ganap na magkakaibang paraan, nagtugma! Kung sa katotohanan ang densidad ng Uniberso ay eksaktong katumbas ng kritikal, ito ay hindi maaaring isang pagkakataon, ngunit ito ay bunga ng ilang pangunahing pag-aari ng ating mundo, na hindi pa naiintindihan at naiintindihan.

Ano ito?

Ano ang alam natin ngayon tungkol sa madilim na bagay, na bumubuo sa 95% ng masa ng uniberso? Halos wala. Pero may alam tayo. Una sa lahat, walang alinlangan na ang madilim na bagay ay umiiral - ito ay hindi mapag-aalinlanganan na pinatunayan ng mga katotohanang binanggit sa itaas. Alam din nating sigurado na ang madilim na bagay ay umiiral sa iba't ibang anyo. Pagkatapos ng simula ng ika-21 siglo, bilang resulta ng maraming taon ng mga obserbasyon sa mga eksperimento SuperKamiokande(Japan) at SNO (Canada) napag-alaman na ang mga neutrino ay may masa, naging malinaw na mula 0.3% hanggang 3% ng 95% ng nakatagong masa ay nasa neutrino na matagal na nating alam - kahit na ang kanilang masa ay napakaliit, ngunit ang bilang ng Ang uniberso ay halos isang bilyong beses na mas malaki kaysa sa bilang ng mga nucleon: bawat cubic centimeter ay naglalaman ng average na 300 neutrino. Ang natitirang 92-95% ay binubuo ng dalawang bahagi - dark matter at dark energy. Ang isang maliit na bahagi ng dark matter ay binubuo ng ordinaryong baryonic matter na binuo mula sa mga nucleon; tila, ang ilang hindi kilalang malalaking particle na mahina ang interaksyon (ang tinatawag na cold dark matter) ay may pananagutan sa natitira. Ang balanse ng enerhiya sa modernong Uniberso ay ipinakita sa talahanayan, at ang kuwento ng huling tatlong hanay nito ay nasa ibaba.

baryon dark matter

Ang isang maliit (4-5%) na bahagi ng dark matter ay ordinaryong bagay na hindi naglalabas o halos hindi naglalabas ng sarili nitong radiation at samakatuwid ay hindi nakikita. Ang pagkakaroon ng ilang mga klase ng naturang mga bagay ay maaaring ituring na kumpirmadong eksperimento. Ang pinaka-kumplikadong mga eksperimento batay sa parehong gravitational lensing ay humantong sa pagkatuklas ng tinatawag na napakalaking compact halo na mga bagay, iyon ay, matatagpuan sa paligid ng mga galactic disk. Nangangailangan ito ng pagsubaybay sa milyun-milyong malalayong galaxy sa loob ng ilang taon. Kapag ang isang madilim na napakalaking katawan ay dumaan sa pagitan ng nagmamasid at isang malayong kalawakan, ang liwanag nito ay bumababa sa maikling panahon (o tumataas, dahil ang madilim na katawan ay gumaganap bilang isang gravitational lens). Bilang resulta ng maingat na paghahanap, natukoy ang mga naturang kaganapan. Ang likas na katangian ng napakalaking compact halo na bagay ay hindi ganap na malinaw. Malamang, ito ay alinman sa mga pinalamig na bituin (brown dwarf), o mga bagay na parang planeta na hindi nauugnay sa mga bituin at naglalakbay sa paligid ng kalawakan nang mag-isa. Ang isa pang kinatawan ng baryonic dark matter ay isang mainit na gas na natuklasan kamakailan sa mga kumpol ng kalawakan gamit ang X-ray astronomy, na hindi kumikinang sa nakikitang hanay.

Non-baryonic dark matter

Ang mga pangunahing kandidato para sa non-baryonic dark matter ay ang tinatawag na WIMPs (maikli para sa English Weakly Interactive Massive Particles ay mahinang nakikipag-ugnayan sa malalaking particle). Ang isang tampok ng mga WIMP ay halos hindi sila nagpapakita ng kanilang sarili sa pakikipag-ugnayan sa ordinaryong bagay. Iyon ang dahilan kung bakit sila ang tunay na hindi nakikitang madilim na bagay, at kung bakit sila ay napakahirap na matukoy. Ang masa ng isang WIMP ay dapat na hindi bababa sa sampu-sampung beses na mas malaki kaysa sa masa ng isang proton. Ang paghahanap para sa WIMP ay isinagawa sa maraming mga eksperimento sa nakalipas na 20-30 taon, ngunit sa kabila ng lahat ng pagsisikap, hindi pa sila natuklasan.

Ang isang ideya ay kung ang mga naturang particle ay umiiral, kung gayon ang Earth, sa paggalaw nito kasama ang Araw sa orbit sa paligid ng gitna ng Galaxy, ay dapat lumipad sa pamamagitan ng ulan ng mga WIMP. Sa kabila ng katotohanan na ang WIMP ay isang napakahinang nakikipag-ugnayan na particle, mayroon pa rin itong napakaliit na posibilidad na makipag-ugnayan sa isang ordinaryong atom. Sa kasong ito, sa mga espesyal na pag-install - napaka kumplikado at mahal - maaaring mairehistro ang isang signal. Ang bilang ng mga naturang signal ay dapat magbago sa buong taon, dahil, ang paggalaw sa orbit sa paligid ng Araw, binabago ng Earth ang bilis at direksyon ng paggalaw na nauugnay sa hangin, na binubuo ng WIMP. Ang grupong pang-eksperimentong DAMA, na nagtatrabaho sa laboratoryo sa ilalim ng lupa ng Italya na Gran Sasso, ay nag-uulat ng naobserbahang taunang mga pagkakaiba-iba sa bilang ng mga signal. Gayunpaman, hindi pa kinukumpirma ng ibang mga grupo ang mga resultang ito, at nananatiling bukas ang tanong.

Ang isa pang paraan ng paghahanap ng WIMP ay batay sa pag-aakalang sa bilyun-bilyong taon ng kanilang pag-iral, ang iba't ibang mga astronomical na bagay (ang Earth, ang Araw, ang sentro ng ating Galaxy) ay dapat makuha ang mga WIMP na nag-iipon sa gitna ng mga bagay na ito at, nilipol sa bawat isa. iba pa, nagdudulot ng neutrino flux . Ang mga pagtatangkang tuklasin ang labis na neutrino flux mula sa gitna ng Earth patungo sa Araw at patungo sa gitna ng Galaxy ay ginawa sa ilalim ng lupa at ilalim ng tubig na mga neutrino detector MACRO, LVD (Gran Sasso laboratoryo), NT-200 (Lake Baikal, Russia) , SuperKamiokande, AMANDA (Scott station -Amundsen, South Pole), ngunit hanggang ngayon ay hindi pa humantong sa isang positibong resulta.

Ang mga eksperimento sa paghahanap para sa WIMP ay aktibong isinasagawa din sa mga elementary particle accelerators. Ayon sa sikat na equation ni Einstein na E=mc 2 , ang enerhiya ay katumbas ng masa. Samakatuwid, sa pamamagitan ng pagpapabilis ng isang particle (halimbawa, isang proton) sa isang napakataas na enerhiya at pagbangga nito sa isa pang particle, maaaring asahan ng isa ang paglikha ng mga pares ng iba pang mga particle at antiparticle (kabilang ang WIMP), ang kabuuang masa nito ay katumbas ng ang kabuuang enerhiya ng nagbabanggaan na mga particle. Ngunit ang mga eksperimento sa accelerator ay hindi pa humantong sa isang positibong resulta.

madilim na enerhiya

Sa simula ng huling siglo, si Albert Einstein, na nagnanais na matiyak na ang modelo ng kosmolohiya sa pangkalahatang teorya ng relativity ay independiyente sa oras, ipinakilala ang tinatawag na cosmological constant sa mga equation ng teorya, na tinukoy niya ng titik ng Greek. "lambda" - Λ. Ang Λ ​​ito ay isang puro pormal na pare-pareho, kung saan si Einstein mismo ay hindi nakakita ng anumang pisikal na kahulugan. Matapos matuklasan ang pagpapalawak ng Uniberso, nawala ang pangangailangan para dito. Lubos na pinagsisihan ni Einstein ang kanyang pagmamadali at tinawag ang cosmological constant na kanyang pinakamalaking pagkakamaling siyentipiko. Gayunpaman, pagkalipas ng mga dekada, napag-alaman na ang Hubble constant, na tumutukoy sa rate ng pagpapalawak ng Uniberso, ay nagbabago sa panahon, at ang pag-asa nito sa oras ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng pagpili ng halaga ng napaka "mali" na Einstein constant na Λ, na nag-aambag sa latent density ng Uniberso. Ang bahaging ito ng nakatagong masa ay naging kilala bilang "dark energy".

Mas kaunti pa ang masasabi tungkol sa dark energy kaysa sa dark matter. Una, ito ay pantay na ipinamamahagi sa buong uniberso, hindi katulad ng ordinaryong bagay at iba pang anyo ng madilim na bagay. Mayroong kasing dami nito sa mga kalawakan at mga kumpol ng mga kalawakan gaya sa labas ng mga ito. Pangalawa, mayroon itong ilang kakaibang katangian na mauunawaan lamang sa pamamagitan ng pagsusuri sa mga equation ng relativity theory at pagbibigay-kahulugan sa kanilang mga solusyon. Halimbawa, ang madilim na enerhiya ay nakakaranas ng antigravity: dahil sa presensya nito, ang rate ng pagpapalawak ng Uniberso ay lumalaki. Ang madilim na enerhiya, kumbaga, ay itinutulak ang sarili, kaya pinabilis ang pagkalat ng mga ordinaryong bagay na nakolekta sa mga kalawakan. Ang madilim na enerhiya ay mayroon ding negatibong presyon, dahil sa kung saan ang isang puwersa ay lumitaw sa sangkap na pumipigil sa pag-unat nito.

Ang pangunahing kandidato para sa papel ng madilim na enerhiya ay ang vacuum. Ang density ng enerhiya ng vacuum ay hindi nagbabago sa pagpapalawak ng Uniberso, na tumutugma sa negatibong presyon. Ang isa pang kandidato ay isang hypothetical superweak field na tinatawag na quintessence. Ang mga pag-asa para sa paglilinaw ng likas na katangian ng madilim na enerhiya ay pangunahing nauugnay sa mga bagong obserbasyon sa astronomiya. Ang pag-unlad sa direksyon na ito ay walang alinlangan na magdadala ng radikal na bagong kaalaman sa sangkatauhan, dahil sa anumang kaso, ang madilim na enerhiya ay dapat na isang ganap na hindi pangkaraniwang sangkap, ganap na hindi katulad ng kung ano ang natalakay ng pisika sa ngayon.

Kaya, ang ating mundo ay 95% ng isang bagay na halos wala tayong alam. Maaaring tratuhin ng isang tao ang gayong hindi maikakaila na katotohanan sa iba't ibang paraan. Maaari itong maging sanhi ng pagkabalisa, na palaging kasama ng isang pulong sa isang bagay na hindi alam. O pagkabigo dahil ang isang mahaba at kumplikadong paraan ng pagbuo ng isang pisikal na teorya na naglalarawan sa mga katangian ng ating mundo ay humantong sa isang pahayag: karamihan sa Uniberso ay nakatago sa atin at hindi natin alam.

Ngunit karamihan sa mga pisiko ay tuwang-tuwa ngayon. Ipinapakita ng karanasan na ang lahat ng mga bugtong na ginawa ng kalikasan para sa sangkatauhan ay nalutas sa madaling panahon. Walang alinlangan, ang bugtong ng madilim na bagay ay malulutas din. At ito ay tiyak na magdadala ng ganap na bagong kaalaman at konsepto na wala pa tayong ideya. At marahil ay makakatagpo tayo ng mga bagong misteryo, na, sa turn, ay malulutas din. Ngunit ito ay magiging isang ganap na naiibang kuwento, na mababasa ng mga mambabasa ng Chemistry at Life hindi mas maaga kaysa sa ilang taon. O baka sa ilang dekada.