Qara maddə nədir? qaranlıq maddə nəzəriyyəsi

2024 Müəllif: Henry Conors | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-02-12 03:51

Hansı birinci gəldi: yumurta yoxsa toyuq? Bütün dünya alimləri onilliklərdir ki, bu sadə sualla mübarizə aparırlar. Bənzər bir sual, Kainatın yaranma anında, başlanğıcda nə olduğu ilə bağlı ortaya çıxır. Bəs bu yaradılış idi, yoxsa kainatlar dövri və ya sonsuzdur? Kosmosda qara maddə nədir və ağ maddədən nə ilə fərqlənir? Müxtəlif din növlərini bir kənara ataraq, bu sualların cavablarına elmi baxımdan yanaşmağa çalışaq. Son bir neçə il ərzində elm adamları ağlasığmaz şeyi edə biliblər. Yəqin ki, tarixdə ilk dəfə nəzəri fiziklərin hesablamaları eksperimental fiziklərin hesablamaları ilə uzlaşdı. Bu illər ərzində elmi ictimaiyyətə bir neçə fərqli nəzəriyyə təqdim edilmişdir. Daha çox və ya daha az dəqiqliklə, empirik üsullarla, bəzən isə kvazi-elmi, lakin nəzəri hesablanmış məlumatlar buna baxmayaraq, bəziləri hətta on ildən çox gecikmə ilə (məsələn, Hiqqs bozonu) təcrübələrlə təsdiqləndi.

Qaranlıq maddə - qara enerji

Belə nəzəriyyələr çoxdur, məsələn: Simlər Nəzəriyyəsi, Böyük Partlayış Nəzəriyyəsi, Tsiklik Kainat Nəzəriyyəsi, Paralel Kainat Nəzəriyyəsi, Modifikasiya olunmuş Nyuton Dinamikası (MOND), F. Hoyl və başqaları. Bununla belə, hazırda daim genişlənən və inkişaf edən Kainat nəzəriyyəsi ümumi qəbul edilmiş hesab olunur, tezisləri Böyük Partlayış konsepsiyası çərçivəsində çox uyğun gəlir. Eyni zamanda, kvazi-empirik (yəni, empirik, lakin böyük dözümlülüklərlə və mikrokosmosun strukturunun mövcud müasir nəzəriyyələrinə əsaslanaraq) məlumatlar əldə edildi ki, bizə məlum olan bütün mikrohissəciklər ümumi həcmin yalnız 4,02% -ni təşkil edir. Kainatın bütün tərkibi. Bu sözdə "baryon kokteyli" və ya barionik maddədir. Bununla belə, Kainatımızın əsas hissəsi (95%-dən çoxu) fərqli plana, fərqli tərkibə və xassələrə malik maddələrdir. Bu qara maddə və qara enerji deyilən şeydir. Onlar fərqli davranırlar: müxtəlif növ reaksiyalara fərqli reaksiya verirlər, mövcud texniki vasitələrlə sabitlənmirlər və əvvəllər öyrənilməmiş xüsusiyyətlər nümayiş etdirirlər. Buradan belə nəticəyə gəlmək olar ki, ya bu maddələr fizikanın başqa qanunlarına (Qeyri-Nyuton fizikası, qeyri-evklid həndəsəsinin şifahi analoqu) tabe olur, ya da bizim elm və texnikanın inkişaf səviyyəmiz yalnız onun formalaşmasının ilkin mərhələsindədir.

Baryonlar nədir?

Güclü qarşılıqlı təsirlərin hazırkı kvark-qluon modelinə görə, cəmi on altı elementar hissəcik var (və Hiqqs bozonunun bu yaxınlarda kəşfi bunu təsdiqləyir): altı növ (ləzzət) kvark, səkkiz qlüon və iki bozon. Baryonlar güclü qarşılıqlı təsirə malik ağır elementar hissəciklərdir. Onlardan ən məşhurları kvarklar, proton və neytronlardır. Bu cür maddələrin ailələri fərqlidirspin, kütlələr, onların "rəngi", eləcə də "ovsun", "qəriblik" rəqəmləri barionik maddə dediyimiz şeyin tikinti materialıdır. Kainatın ümumi tərkibinin 21,8%-ni təşkil edən qara (qaranlıq) maddə elektromaqnit şüalanma yaymayan və onunla heç bir reaksiya verməyən digər hissəciklərdən ibarətdir. Buna görə də, ən azı birbaşa müşahidə üçün, hətta daha çox belə maddələrin qeydiyyatı üçün ilk növbədə onların fizikasını başa düşmək və tabe olduqları qanunlarla razılaşmaq lazımdır. Hazırda bir çox müasir alimlər bunu dünyanın müxtəlif yerlərində tədqiqat institutlarında edirlər.

Ən çox ehtimal olunan seçim

Hansı maddələr mümkün hesab olunur? Başlamaq üçün qeyd etmək lazımdır ki, yalnız iki mümkün variant var. GR və SRT-ə (Ümumi və Xüsusi Nisbilik) görə, tərkibi baxımından bu maddə həm barion, həm də qeyri-barion qaranlıq maddə (qara) ola bilər. Böyük Partlayışın əsas nəzəriyyəsinə görə, hər hansı bir mövcud maddə baryonlar şəklində təmsil olunur. Bu tezis son dərəcə yüksək dəqiqliklə sübut edilmişdir. Hazırda elm adamları sinqulyarlıq partlamasından bir dəqiqə sonra, yəni maddənin həddindən artıq sıx vəziyyətinin partlamasından sonra bədən kütləsi sonsuzluğa, bədən ölçüləri isə sıfıra meyilli olan hissəcikləri tutmağı öyrəniblər. Baryon hissəcikləri ilə ssenari ən çox ehtimal olunur, çünki Kainatımız onlardan ibarətdir və onların vasitəsilə genişlənməsini davam etdirir. qara maddə,bu fərziyyəyə görə, o, Nyuton fizikası tərəfindən ümumiyyətlə qəbul edilən, lakin nədənsə elektromaqnit yolla zəif qarşılıqlı təsir göstərən əsas hissəciklərdən ibarətdir. Buna görə də detektorlar onları aşkar etmir.

O qədər də rəvan getmir

Bu ssenari bir çox elm adamlarına uyğun gəlir, lakin hələ də cavablardan daha çox suallar var. Həm qara, həm də ağ maddə yalnız barionlarla təmsil olunursa, ilkin nukleosintez nəticəsində ağır olanlara nisbətdə yüngül barionların konsentrasiyası Kainatın ilkin astronomik obyektlərində fərqli olmalıdır. Eksperimental olaraq, qalaktikamızda kifayət qədər tarazlıqda olan qara dəliklər və ya neytron ulduzları kimi böyük cazibə cisimlərinin olması Süd Yolumuzun halosunun kütləsini tarazlaşdırmaq üçün aşkar edilməmişdir. Bununla belə, eyni neytron ulduzları, qaranlıq qalaktik halolar, qara dəliklər, ağ, qara və qəhvəyi cırtdanlar (həyat dövrünün müxtəlif mərhələlərində olan ulduzlar), çox güman ki, qaranlıq maddənin əmələ gəldiyi qaranlıq maddənin bir hissəsidir. Qara enerji, həmçinin preon, kvark və Q ulduzları kimi proqnozlaşdırılan hipotetik obyektlər də daxil olmaqla, onların doldurulmasını tamamlaya bilər.

Qeyri-baryonik namizədlər

İkinci ssenari qeyri-barion mənşəyi nəzərdə tutur. Burada bir neçə növ hissəcik namizəd kimi çıxış edə bilər. Məsələn, mövcudluğu elm adamları tərəfindən artıq sübut edilmiş yüngül neytrinolar. Bununla belə, onların kütləsi, yüzdə birə qədərdiron mininci eV (elektron-Volt), zəruri kritik sıxlığın əldə edilməməsi səbəbindən onları mümkün hissəciklərdən praktiki olaraq istisna edir. Lakin ağır leptonlar ilə qoşalaşmış ağır neytrinolar praktiki olaraq normal şəraitdə zəif qarşılıqlı təsirlərdə özünü göstərmir. Belə neytrinolar steril adlanır; onların maksimum kütləsi eV-nin onda birinə qədər olduqda, onların qaranlıq maddə hissəcikləri üçün namizəd olma ehtimalı daha yüksəkdir. Kvant xromodinamikası və standart modeldəki problemləri həll etmək üçün fiziki tənliklərə aksionlar və kosmionlar süni şəkildə daxil edilmişdir. Başqa bir sabit supersimmetrik hissəcik (SUSY-LSP) ilə birlikdə onlar elektromaqnit və güclü qarşılıqlı təsirlərdə iştirak etmədikləri üçün namizəd kimi uyğun gələ bilərlər. Bununla belə, neytrinolardan fərqli olaraq, onlar hələ də hipotetikdirlər, onların mövcudluğu hələ də sübuta yetirilməlidir.

Qara maddə nəzəriyyəsi

Kainatda kütlənin olmaması bu hesabla bağlı müxtəlif nəzəriyyələrə səbəb olur, bəziləri olduqca uyğundur. Məsələn, adi cazibə qüvvəsinin spiral qalaktikalardakı ulduzların qəribə və hədsiz sürətlə fırlanmasını izah edə bilməyəcəyi nəzəriyyəsi. Belə sürətlə, qeydiyyatdan keçmək hələ mümkün olmayan bir növ tutma qüvvəsi olmasaydı, sadəcə olaraq oradan uçardılar. Nəzəriyyələrin digər tezisləri WIMP-lərin (kütləvi elektrozəif qarşılıqlı təsir göstərən hissəciklər - elementar alt hissəciklərin tərəfdaşları, supersimmetrik və super ağır - yəni ideal namizədlər) əldə edilməsinin qeyri-mümkünlüyünü izah edir, çünki onlar bizim üçölçülündən fərqli olan n-ölçüsündə yaşayırlar. ölçülü bir. Kaluza-Klein nəzəriyyəsinə görə, bu cür ölçmələr bizim üçün mövcud deyil.

Dəyişən Ulduzlar

Başqa bir nəzəriyyə dəyişən ulduzların və qara maddənin bir-biri ilə necə qarşılıqlı əlaqədə olduğunu təsvir edir. Belə bir ulduzun parlaqlığı təkcə içəridə baş verən metafizik proseslərə (pulsasiya, xromosfer aktivliyi, qabarıqlığın atılması, ikili ulduz sistemlərində yayılma və tutulmalar, fövqəlnova partlayışı) görə deyil, həm də qaranlıq maddənin anomal xüsusiyyətlərinə görə dəyişə bilər.

WARP sürücüsü

Bir nəzəriyyəyə görə, qaranlıq maddə hipotetik WARP texnologiyası (WARP Engine) üzərində işləyən kosmik gəmilərin alt kosmos mühərrikləri üçün yanacaq kimi istifadə edilə bilər. Potensial olaraq, bu cür mühərriklər gəmiyə işıq sürətini aşan sürətlə hərəkət etməyə imkan verir. Nəzəri olaraq, onlar gəminin qarşısında və arxasındakı boşluğu əymək və onu elektromaqnit dalğasının vakuumda sürətləndirdiyindən daha sürətli hərəkət etdirə bilirlər. Gəminin özü yerli olaraq sürətlənmir - yalnız qarşısındakı məkan sahəsi əyilir. Bir çox fantastik hekayələr bu texnologiyadan istifadə edir, məsələn, Ulduz Yolu dastanı.

Yerüstü şəraitdə artım

Yer üzündə qara maddə yaratmaq və əldə etmək cəhdləri hələ də uğurlu olmayıb. Hazırda Hiqqs bozonunun ilk dəfə qeydə alındığı LHC-də (Böyük Andron Kollayderi), eləcə də digər daha az güclü, o cümlədən xətti kollayderlərdə eksperimentlər aparılır.elementar hissəciklərin sabit, lakin elektromaqnit cəhətdən zəif qarşılıqlı tərəfdaşları. Bununla belə, nə fotino, nə gravitino, nə hiqsino, nə sneutrino (neytralino), nə də digər WIMP-lər hələ əldə edilməyib. Alimlərin ilkin ehtiyatlı hesablamalarına görə, yer şəraitində bir milliqram qaranlıq maddə əldə etmək üçün ABŞ-da il ərzində istehlak edilən enerjiyə bərabər tələb olunur.