Кое дойде първо: яйце или пиле? Учените от цял свят се борят с този прост въпрос повече от дузина години. Подобен въпрос възниква за това, което е било в самото начало, по време на създаването на Вселената. И беше ли това, това творение, или вселените са циклични или безкрайни? Какво е черно вещество в космоса и по какво се различава от бялото? Отхвърляйки различни видове религии, нека се опитаме да подходим към отговорите на тези въпроси от научна гледна точка. През последните няколко години учените са постигнали невероятни неща. Вероятно за първи път в историята изчисленията на теоретичните физици се съгласиха с изчисленията на експерименталните физици. През годините на научната общност са представени няколко различни теории. Повече или по-малко точно, емпирично, понякога квазинаучно, обаче теоретично изчислените данни все пак бяха потвърдени от експерименти, някои дори със закъснение от повече от дузина години (бозонът на Хигс, например).
Тъмната материя - черна енергия
Има много такива теории, например: Теория на струните, теория на Големия взрив, теория на цикличните вселени, теория на паралелните вселени, модифицирана Нютонова динамика (MOND), теорията на Ф. Хойл за стационарната Вселена и други. Понастоящем обаче теорията за непрекъснато разширяващата се и развиваща се вселена се счита за общоприета, чиито тези се вписват добре в рамките на концепцията за Големия взрив. В същото време, квази-емпирично (т.е. емпирично, но с големи допустими отклонения и въз основа на съществуващите съвременни теории за структурата на микросвета) бяха получени данни, че всички познати ни микрочастици съставляват само 4,02% от общия обем на целия състав на Вселената. Това е така нареченият "барионов коктейл" или барионна материя. Основната част от нашата Вселена (повече от 95%) обаче са вещества от различен план, с различен състав и свойства. Това е така наречената черна материя и черна енергия. Те се държат по различен начин: реагират по различен начин на различни видове реакции, не са фиксирани със съществуващи технически средства, те показват свойства, които не са били изследвани преди. Оттук можем да заключим, че или тези вещества се подчиняват на други закони на физиката (неньютоновска физика, словесен аналог на неевклидовата геометрия), или нивото ни на развитие на науката и технологиите е едва в началния етап на своето формиране.
Какво представляват барионите?
Според токакварк-глюон модел на силни взаимодействия, има само шестнадесет елементарни частици (и неотдавнашното откритие на хигс бозона потвърждава това): шест вида (аромати) на кварки, осем глюона и два бозона. Барионите са тежки елементарни частици със силно взаимодействие. Най-известните от тях са кварки, протон и неутрон. Семействата на такива вещества, различаващи се по гръб, маси, техния „цвят“, както и номерата на „чар“, „странност“, са именно градивните елементи на това, което наричаме барионна материя. Черната (тъмна) материя, която съставлява 21,8% от общия състав на Вселената, се състои от други частици, които не излъчват електромагнитно излъчване и не реагират с нея по никакъв начин. Следователно, за директно наблюдение, и още повече за регистрация на такива вещества, първо е необходимо да се разбере физиката им и да се постигне съгласие по законите, на които те се подчиняват. Понастоящем много съвременни учени са ангажирани по този въпрос в изследователски институти в различни страни.
Най-вероятният вариант
Какви вещества се считат завъзможен? Като начало трябва да се отбележи, че има само два възможни варианта. Според общата относителност и специалната относителност (обща и специална относителност), съставът на това вещество може да бъде както барионна, така и небарионна тъмна материя (черна). Според основната теория за Големия взрив всяка съществуваща материя е представена под формата на бариони. Тази теза е доказана с изключително висока точност. В момента учените са се научили да фиксират частиците, образувани минута след прекъсването на сингулярността, т.е. Сценарият с барионни частици е най-вероятен, тъй като именно от тях е съставена нашата Вселена и чрез тях продължава своето разширяване. Според това предположение черното вещество се състои от основните частици, общоприети от нютоновата физика, но по някаква причина слабо взаимодействащи по електромагнитен начин. Ето защо детекторите не ги откриват.
Не всичко е толкова гладко
Този сценарий обаче отговаря на много ученивсе още има повече въпроси, отколкото отговори. Ако и черното, и бялото вещество са представени само от бариони, тогава концентрацията на леките бариони като процент от тежките, в резултат на първичната нуклеосинтеза, трябва да бъде различна в оригиналните астрономически обекти на Вселената. И не е експериментално разкрито присъствието в нашата галактика в равновесие на достатъчен брой големи обекти на гравитацията, като черни дупки или неутронни звезди, за да се балансира масата на ореола на нашия Млечен път. Същите неутронни звезди, тъмни галактически ореоли, черни дупки, бели, черни и кафяви джуджета (звезди на различни етапи от жизнения им цикъл) са най-вероятно част от тъмната материя, която съставлява тъмната материя. Черната енергия може също да допълва техните пълнежи, включително в предсказани хипотетични обекти като преон, кварк и Q звезди.
Небарионни кандидати
Вторият сценарий предполага небарионЗапочнете. Няколко вида частици могат да действат като кандидати тук. Например леки неутрино, чието съществуване вече е доказано от учени. Въпреки това, тяхната маса, от порядъка на една стотна до една десет хилядна от еV (електрон-волт), на практика ги изключва от възможните частици поради недостижимостта на необходимата критична плътност. Но тежките неутрино, съчетани с тежки лептони, практически не се проявяват в слаби взаимодействия при нормални условия. Такива неутрино се наричат стерилни; с тяхната максимална маса до една десета от еV, те са по-склонни да бъдат подходящи като кандидати за частици тъмна материя. Аксионите и космоните са въведени изкуствено във физическите уравнения за решаване на проблеми в квантовата хромодинамика и в стандартния модел. Заедно с друга стабилна суперсиметрична частица (SUSY-LSP), те могат да бъдат кандидати, тъй като не участват в електромагнитни и силни взаимодействия. Въпреки това, за разлика от неутрино, те все още са хипотетични, съществуването им все още трябва да бъде доказано.
Теория на черната материя
Липсата на маса във Вселената поражда товаотчитане на различни теории, някои от които са доста последователни. Например теорията, че обикновената гравитация не е в състояние да обясни странното и непосилно бързо въртене на звездите в спиралните галактики. При такива скорости те просто биха излетели от него, ако не и някаква задържаща сила, която все още не е възможно да се регистрира. Други тези на теориите обясняват невъзможността за получаване на WIMP (масивни електрослабо взаимодействащи партньорски частици на елементарни субчастици, суперсиметрични и свръхтежки - т.е. идеални кандидати) в земни условия, тъй като те живеят в n-измерение, което е различно от нашето, триизмерно. Според теорията на Kaluza-Klein такива измервания не са ни достъпни.
Променливи звезди
Друга теория описва как променливите звезди ичерното вещество взаимодействат помежду си. Яркостта на такава звезда може да се промени не само поради метафизичните процеси, протичащи вътре (пулсация, хромосферна активност, изхвърляне на издатини, преливане и затъмнения в бинарни звездни системи, експлозия на свръхнова), но и поради аномалните свойства на тъмната материя.
WARP двигател
Според една теория тъмната материя можеизползва се като гориво за подкосмически двигатели на космически кораби, работещи по хипотетична WARP-технология (WARP Engine). Потенциално такива двигатели позволяват на кораба да се движи със скорости, надвишаващи скоростта на светлината. На теория те са в състояние да огънат пространство пред и зад кораба и да го преместят в него дори по-бързо, отколкото електромагнитната вълна ускорява във вакуум. Самият кораб не е локално ускорен - само пространственото поле пред него е огънато. Много научнофантастични истории използват тази технология, като сагата „Стар Трек“.
Развитие в земни условия
Опити за генериране и получаване на тъмна материяна земята все още не са довели до успех. В момента се провеждат експерименти в LHC (Големият андронен колайдер), точно там, където за първи път е записан бозонът на Хигс, както и при други, по-малко мощни, включително линейни ускорители в търсене на стабилни, но електромагнитно слабо взаимодействащи партньори на елементарни частици . Все още обаче не трябва да бъдат получени нито фотино, нито гравитино, нито Хигино, нито Снеутрино (Неутралино), както и други WIMP (WIMP). Според предварителните консервативни оценки на учените, за да се получи един милиграм тъмна материя в земни условия, се изисква еквивалентът на консумираната енергия в САЩ през годината.
