Ի՞նչ է սև նյութը: մութ նյութի տեսություն

2024 Հեղինակ: Henry Conors | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-02-12 08:44

Ո՞րն է առաջինը` ձուն, թե՞ հավը: Ամբողջ աշխարհի գիտնականները տասնամյակներ շարունակ պայքարում են այս պարզ հարցի դեմ։ Նմանատիպ հարց է ծագում այն մասին, թե ինչ է եղել հենց սկզբում, Տիեզերքի ստեղծման պահին։ Բայց արդյո՞ք դա այս արարումն էր, թե՞ տիեզերքները ցիկլային են, թե անսահման: Ի՞նչ է սև նյութը տարածության մեջ և ինչո՞վ է այն տարբերվում սպիտակ նյութից: Մի կողմ գցելով տարբեր տեսակի կրոններ՝ փորձենք այս հարցերի պատասխաններին մոտենալ գիտական տեսանկյունից։ Վերջին մի քանի տարիների ընթացքում գիտնականներին հաջողվել է անել աներևակայելին. Հավանաբար պատմության մեջ առաջին անգամ տեսական ֆիզիկոսների հաշվարկները համաձայնեցին փորձարար ֆիզիկոսների հաշվարկների հետ։ Տարիների ընթացքում գիտական հանրությանը ներկայացվել են մի քանի տարբեր տեսություններ: Քիչ թե շատ ճշգրիտ, էմպիրիկ եղանակներով, երբեմն էլ քվազգիտականորեն, այնուամենայնիվ, տեսական հաշվարկված տվյալները, այնուամենայնիվ, հաստատվեցին փորձերի միջոցով, որոշները նույնիսկ ավելի քան մեկ տասնյակ տարի ուշացումով (օրինակ՝ Հիգսի բոզոնը):

Մութ նյութ - սև էներգիա

Կան բազմաթիվ նման տեսություններ, օրինակ՝ Լարերի տեսություն, Մեծ պայթյունի տեսություն, Ցիկլային տիեզերքի տեսություն, Զուգահեռ տիեզերքի տեսություն, Փոփոխված Նյուտոնյան դինամիկա (MOND), Ֆ. Հոյլը և ուրիշներ։ Այնուամենայնիվ, ներկայումս ընդհանուր առմամբ ընդունված է համարվում անընդհատ ընդլայնվող և զարգացող Տիեզերքի տեսությունը, որի թեզերը լավ տեղավորվում են Մեծ պայթյունի հայեցակարգի շրջանակներում։ Միևնույն ժամանակ, քվազի-էմպիրիկ (այսինքն, էմպիրիկ, բայց մեծ հանդուրժողականությամբ և միկրոտիեզերքի կառուցվածքի առկա ժամանակակից տեսությունների հիման վրա) ստացվել են տվյալներ, որ մեզ հայտնի բոլոր միկրոմասնիկները կազմում են ընդհանուր ծավալի միայն 4,02%-ը: Տիեզերքի ամբողջ կազմը. Սա այսպես կոչված «բարիոնային կոկտեյլ» կամ բարիոնային նյութ է։ Այնուամենայնիվ, մեր Տիեզերքի հիմնական մասը (ավելի քան 95%) տարբեր պլանի, տարբեր կազմի և հատկությունների նյութեր են: Սա այսպես կոչված սև նյութ և սև էներգիա է: Նրանք տարբեր կերպ են վարվում. տարբեր կերպ են արձագանքում տարբեր տեսակի ռեակցիաներին, չեն ամրագրվում գոյություն ունեցող տեխնիկական միջոցներով և ցուցադրում են նախկինում չուսումնասիրված հատկություններ: Այստեղից կարելի է եզրակացնել, որ կա՛մ այս նյութերը ենթարկվում են ֆիզիկայի այլ օրենքներին (Ոչ նյուտոնյան ֆիզիկա, ոչ էվկլիդեսյան երկրաչափության բանավոր անալոգիա), կա՛մ գիտության և տեխնիկայի զարգացման մեր մակարդակը գտնվում է իր ձևավորման սկզբնական փուլում։

Ի՞նչ են բարիոնները:

Համաձայն ուժեղ փոխազդեցությունների քվարկ-գլյուոնային մոդելի, կա ընդամենը տասնվեց տարրական մասնիկ (և Հիգսի բոզոնի վերջին հայտնագործությունը հաստատում է դա). Բարիոնները ծանր տարրական մասնիկներ են՝ ուժեղ փոխազդեցությամբ։ Դրանցից ամենահայտնին քվարկներն են, պրոտոնը և նեյտրոնը։ Նման նյութերի ընտանիքները, որոնք տարբերվում ենպտույտը, զանգվածները, դրանց «գույնը», ինչպես նաև «կախարդության», «տարօրինակության» թվերը հենց այն բաղադրամասերն են, ինչ մենք անվանում ենք բարիոնային նյութ: Սև (մութ) նյութը, որը կազմում է Տիեզերքի ընդհանուր կազմի 21,8%-ը, բաղկացած է այլ մասնիկներից, որոնք էլեկտրամագնիսական ճառագայթներ չեն արձակում և որևէ կերպ չեն արձագանքում դրա հետ։ Հետևաբար, գոնե ուղղակի դիտարկման և առավել եւս նման նյութերի գրանցման համար անհրաժեշտ է նախ հասկանալ դրանց ֆիզիկան և համաձայնեցնել այն օրենքները, որոնց նրանք ենթարկվում են։ Շատ ժամանակակից գիտնականներ ներկայումս դա անում են աշխարհի գիտահետազոտական ինստիտուտներում:

Ամենահավանական տարբերակ

Ո՞ր նյութերն են համարվում հնարավոր: Սկզբից պետք է նշել, որ հնարավոր է միայն երկու տարբերակ. Ըստ GR-ի և SRT-ի (General and Special Relativity)՝ բաղադրության առումով այս նյութը կարող է լինել և՛ բարիոն, և՛ ոչ բարիոնային մութ նյութ (սև): Համաձայն Մեծ պայթյունի հիմնական տեսության՝ գոյություն ունեցող ցանկացած նյութ ներկայացված է բարիոնների տեսքով։ Այս թեզն ապացուցված է չափազանց բարձր ճշգրտությամբ։ Ներկայումս գիտնականները սովորել են ֆիքսել մասնիկները, որոնք ձևավորվել են եզակիության պոռթկումից մեկ րոպե անց, այսինքն՝ նյութի գերխիտ վիճակի պայթյունից հետո՝ մարմնի զանգվածը հակված է անսահմանության, իսկ մարմնի չափերը՝ զրոյի: Ամենահավանականը բարիոնի մասնիկների հետ կապված սցենարն է, քանի որ հենց դրանցից է բաղկացած մեր Տիեզերքը և դրանց միջոցով շարունակում է իր ընդլայնումը: սև նյութ,Ըստ այս ենթադրության, այն բաղկացած է հիմնական մասնիկներից, որոնք ընդհանուր առմամբ ընդունված են Նյուտոնի ֆիզիկայի կողմից, բայց ինչ-ինչ պատճառներով թույլ փոխազդեցությամբ էլեկտրամագնիսական ճանապարհով: Այդ իսկ պատճառով դետեկտորները դրանք չեն հայտնաբերում։

Այնքան էլ հարթ չի ընթանում

Այս սցենարը համապատասխանում է շատ գիտնականների, բայց դեռ կան ավելի շատ հարցեր, քան պատասխաններ: Եթե և՛ սև, և՛ սպիտակ նյութը ներկայացված է միայն բարիոններով, ապա առաջնային նուկլեոսինթեզի արդյունքում թեթև բարիոնների կոնցենտրացիան որպես ծանրերի տոկոս, պետք է տարբեր լինի Տիեզերքի սկզբնական աստղագիտական օբյեկտներում։ Եվ փորձնականորեն, մեր Գալակտիկայում բավականաչափ մեծ գրավիտացիոն օբյեկտների, ինչպիսիք են սև խոռոչները կամ նեյտրոնային աստղերը, հավասարակշռվածության առկայությունը չի բացահայտվել մեր Ծիր Կաթինի հալոի զանգվածը հավասարակշռելու համար: Այնուամենայնիվ, նույն նեյտրոնային աստղերը, մուգ գալակտիկական հալոները, սև անցքերը, սպիտակ, սև և շագանակագույն թզուկները (աստղերն իրենց կյանքի ցիկլի տարբեր փուլերում), ամենայն հավանականությամբ, մութ մատերիայի մի մասն են, որից կազմված է մութ մատերիան: Սև էներգիան կարող է նաև լրացնել դրանց լցոնումը, ներառյալ կանխատեսված հիպոթետիկ օբյեկտները, ինչպիսիք են պրեոնը, քվարկը և Q աստղերը:

Ոչ բարիոնային թեկնածուներ

Երկրորդ սցենարը ենթադրում է ոչ բարիոնային ծագում: Այստեղ մի քանի տեսակի մասնիկներ կարող են հանդես գալ որպես թեկնածուներ։ Օրինակ՝ թեթեւ նեյտրինոները, որոնց գոյությունն արդեն ապացուցվել է գիտնականների կողմից։ Այնուամենայնիվ, նրանց զանգվածը, հարյուրերորդից մեկի կարգովտասը հազարերորդ էՎ (էլեկտրոն-վոլտ), գործնականում բացառում է դրանք հնարավոր մասնիկներից՝ անհրաժեշտ կրիտիկական խտության անհասանելիության պատճառով։ Բայց ծանր նեյտրինոները, զուգակցված ծանր լեպտոնների հետ, գործնականում չեն դրսևորվում թույլ փոխազդեցության մեջ նորմալ պայմաններում: Այսպիսի նեյտրինոները կոչվում են ստերիլ, իրենց առավելագույն զանգվածով մինչև eV-ի տասներորդ մասը, նրանք ավելի հավանական է, որ լինեն մութ նյութի մասնիկների թեկնածուներ: Աքսիոնները և տիեզերքները արհեստականորեն ներմուծվել են ֆիզիկական հավասարումների մեջ՝ քվանտային քրոմոդինամիկայի և ստանդարտ մոդելի խնդիրներ լուծելու համար։ Մեկ այլ կայուն գերսիմետրիկ մասնիկի (SUSY-LSP) հետ միասին նրանք կարող են որակավորվել որպես թեկնածուներ, քանի որ նրանք չեն մասնակցում էլեկտրամագնիսական և ուժեղ փոխազդեցություններին: Այնուամենայնիվ, ի տարբերություն նեյտրինոների, դրանք դեռևս հիպոթետիկ են, նրանց գոյությունը դեռ պետք է ապացուցել:

Սև նյութի տեսություն

Տիեզերքում զանգվածի բացակայությունը այս ցուցանիշի վերաբերյալ տարբեր տեսություններ է առաջացնում, որոնցից մի քանիսը բավականին համահունչ են: Օրինակ, տեսությունը, որ սովորական ձգողականությունը ի վիճակի չէ բացատրել պարուրաձև գալակտիկաներում աստղերի տարօրինակ և չափազանց արագ պտույտը: Նման արագություններով նրանք ուղղակի դուրս կթռչեին դրանից, եթե չլիներ ինչ-որ պահող ուժ, որը դեռ հնարավոր չէ գրանցել։ Տեսությունների այլ թեզեր բացատրում են WIMP-ների (զանգվածային էլեկտրաթույլ փոխազդող մասնիկներ-տարրական ենթամասնիկների գործընկերներ, գերսիմետրիկ և գերծանր, այսինքն՝ իդեալական թեկնածուներ) ստանալու անհնարինությունը երկրային պայմաններում, քանի որ նրանք ապրում են n-չափերով, որը տարբերվում է մեր եռյակից։ ծավալային մեկ. Ըստ Կալուզա-Կլայնի տեսության՝ նման չափումներ մեզ հասանելի չեն։

Փոփոխվող աստղեր

Մեկ այլ տեսություն նկարագրում է, թե ինչպես են փոփոխական աստղերը և սև նյութը փոխազդում միմյանց հետ: Նման աստղի պայծառությունը կարող է փոխվել ոչ միայն ներսում տեղի ունեցող մետաֆիզիկական պրոցեսների պատճառով (պուլսացիա, քրոմոսֆերային ակտիվություն, ցայտուն արտանետում, արտահոսքեր և խավարումներ երկուական աստղային համակարգերում, գերնոր աստղերի պայթյուն), այլ նաև մութ նյութի անոմալ հատկությունների պատճառով:

WARP դրայվ

Մի տեսության համաձայն՝ մութ նյութը կարող է օգտագործվել որպես վառելիք տիեզերանավերի ենթատիեզերական շարժիչների համար, որոնք աշխատում են հիպոթետիկ WARP տեխնոլոգիայով (WARP Engine): Պոտենցիալ կերպով, նման շարժիչները թույլ են տալիս նավին շարժվել լույսի արագությունը գերազանցող արագությամբ։ Տեսականորեն նրանք կարողանում են թեքել տարածությունը նավի դիմաց և հետևում և տեղափոխել այն նույնիսկ ավելի արագ, քան էլեկտրամագնիսական ալիքը արագանում է վակուումում։ Նավն ինքնին չի արագանում տեղական մակարդակում, միայն դրա դիմացի տարածական դաշտը թեքված է: Շատ ֆանտաստիկ պատմություններ օգտագործում են այս տեխնոլոգիան, օրինակ՝ «Աստղային ճանապարհ» սագան:

Աճ ցամաքային պայմաններում

Երկրի վրա սև նյութ առաջացնելու և ստանալու փորձերը դեռ հաջող չեն եղել: Ներկայումս փորձեր են իրականացվում LHC-ում (Մեծ Անդրոնի բախիչ), հենց այնտեղ, որտեղ առաջին անգամ գրանցվել է Հիգսի բոզոնը, ինչպես նաև այլ, ավելի քիչ հզոր, այդ թվում՝ գծային կոլայդերների մոտ, որոնք փնտրում են:տարրական մասնիկների կայուն, բայց էլեկտրամագնիսականորեն թույլ փոխազդեցության գործընկերներ: Այնուամենայնիվ, ոչ photino, ոչ gravitino, ոչ higsino, ոչ sneutrino (neutralino) և ոչ էլ այլ WIMP-ներ դեռ չեն ստացվել: Գիտնականների նախնական զգույշ գնահատականի համաձայն՝ երկրային պայմաններում մեկ միլիգրամ մութ նյութ ստանալու համար անհրաժեշտ է տարվա ընթացքում ԱՄՆ-ում սպառված էներգիայի համարժեքը։