Kumpi tuli ensin: muna vai kana?Tutkijat ympäri maailmaa ovat kamppailleet tämän yksinkertaisen kysymyksen kanssa yli tusina vuotta. Samanlainen kysymys herää siitä, mikä oli alussa, maailmankaikkeuden luomisen aikaan. Ja oliko tämä, tämä luominen tai maailmankaikkeudet syklisiä tai loputtomia? Mikä on avaruuden musta aine ja miten se eroaa valkoisesta? Kun syrjäytetään eri uskonnot, yritetään lähestyä vastauksia näihin kysymyksiin tieteellisestä näkökulmasta. Viime vuosina tiedemiehet ovat saaneet aikaan uskomattomia asioita. Luultavasti ensimmäistä kertaa historiassa teoreettisten fyysikoiden laskelmat sopivat kokeellisten fyysikoiden laskelmiin. Useita erilaisia teorioita on esitetty tiedeyhteisölle vuosien varrella. Enemmän tai vähemmän tarkasti, empiirisesti, joskus lähes tieteellisesti, teoreettiset lasketut tiedot kuitenkin vahvistettiin kokeilla, jotkut jopa yli tusinan vuoden viiveellä (esimerkiksi Higgsin bosoni).
Pimeä aine - musta energia
Tällaisia teorioita on monia, esimerkiksi:Jousiteoria, alkuräjähdysteoria, syklisten universumien teoria, rinnakkaisuniversumien teoria, modifioitu Newtonin dynamiikka (MOND), F.Hoylen teoria kiinteästä universumista ja muut. Kuitenkin tällä hetkellä teoriaa jatkuvasti laajenevasta ja kehittyvästä universumista pidetään yleisesti hyväksyttynä, jonka teesit sopivat hyvin alkuräjähdyksen käsitteeseen. Samaan aikaan lähes empiirisesti (eli empiirisesti, mutta suurilla toleransseilla ja perustuen olemassa oleviin nykyaikaisiin mikromaailman rakenteen teorioihin) saatiin tietoja siitä, että kaikkien meille tunnettujen mikrohiukkasten osuus on vain 4,02% koko maailmankaikkeuden kokoonpano. Tämä on niin kutsuttu "baryoninen cocktail" tai baryoninen aine. Suurin osa maailmankaikkeudestamme (yli 95%) on kuitenkin eri suunnitelman aineita, joiden koostumus ja ominaisuudet ovat erilaisia. Tämä on niin sanottua mustaa ainetta ja mustaa energiaa. Ne käyttäytyvät eri tavalla: reagoivat eri tavoin erilaisiin reaktioihin, niitä ei ole vahvistettu olemassa olevilla teknisillä keinoilla, vaan niillä on ominaisuuksia, joita ei ole aiemmin tutkittu. Tästä voimme päätellä, että joko nämä aineet noudattavat muita fysiikan lakeja (ei-newtonilainen fysiikka, ei-euklidisen geometrian sanallinen analogi) tai tieteen ja tekniikan kehitystasomme on vasta alkuvaiheessa.
Mitä ovat baryonit?
Nykyisen mukaanVahvan vuorovaikutuksen kvarkki-gluonimallissa on vain kuusitoista alkeispartikkelia (ja Higgsin bosonin äskettäinen löytö vahvistaa tämän): kuusi kvarkityyppiä (makua), kahdeksan gluonia ja kaksi bosonia. Baryonit ovat raskaita alkeishiukkasia, joilla on voimakas vuorovaikutus. Tunnetuimpia niistä ovat kvarkit, protoni ja neutroni. Tällaisten aineiden perheet, jotka eroavat selästään, massoistaan, "väristään", samoin kuin "viehätys", "outo", ovat juuri rakennuspalikoita sille, mitä me kutsumme baryonin aineeksi. Musta (pimeä) aine, joka muodostaa 21,8% maailmankaikkeuden kokonaiskoostumuksesta, koostuu muista hiukkasista, jotka eivät lähetä sähkömagneettista säteilyä eivätkä reagoi sen kanssa millään tavalla. Siksi ainakin suoraa tarkkailua varten ja vielä enemmän tällaisten aineiden rekisteröinnissä on ensin ymmärrettävä niiden fysiikka ja sovittava lakeista, joita ne noudattavat. Monet nykyajan tutkijat ovat tällä hetkellä mukana tässä asiassa eri maiden tutkimuslaitoksissa.
Todennäköisin vaihtoehto
Mitä aineita pidetäänmahdollista? Aluksi on huomattava, että vaihtoehtoja on vain kaksi. Yleisen suhteellisuusteorian ja erikoisuhteellisuusteorian (yleinen ja erityinen suhteellisuusteoria) mukaan tämän aineen koostumus voi olla sekä baryoninen että ei-baryoninen tumma aine (musta). Alkuräjähdyksen pääteorian mukaan mikä tahansa olemassa oleva aine esitetään baryonien muodossa. Tämä opinnäytetyö on todistettu erittäin suurella tarkkuudella. Tällä hetkellä tiedemiehet ovat oppineet korjaamaan hiukkaset, jotka muodostuivat minuutti singulaarisuuden katkeamisen jälkeen, toisin sanoen sen jälkeen, kun aineen supertiheä tila räjähti, jolloin kehon massa pyrkii äärettömyyteen ja kehon mitat ovat nollassa. Skenaario, jossa on baryonin hiukkasia, on todennäköisin, koska maailmankaikkeutemme koostuu niistä ja jatkaa niiden kautta laajentumistaan. Tämän oletuksen mukaan musta aine koostuu päähiukkasista, jotka Newtonin fysiikka on yleisesti hyväksynyt, mutta jostain syystä heikosti vuorovaikutuksessa sähkömagneettisella tavalla. Siksi ilmaisimet eivät havaitse niitä.
Kaikki ei ole niin sileää
Tämä skenaario sopii kuitenkin monille tutkijoillekysymyksiä on edelleen enemmän kuin vastauksia. Jos sekä mustaa että valkoista ainetta edustavat vain baryonit, kevyiden baryonien pitoisuuden prosenttiosuutena raskaista pitäisi primäärisen nukleosynteesin seurauksena olla erilainen maailmankaikkeuden alkuperäisissä tähtitieteellisissä kohteissa. Eikä ole kokeellisesti paljastettu, että galaksissamme on tasapainossa riittävä määrä suuria painovoima -esineitä, kuten mustia aukkoja tai neutronitähtiä, Linnunradan halon massan tasapainottamiseksi. Kuitenkin samat neutronitähdet, tummat galaktiset halot, mustat aukot, valkoiset, mustat ja ruskeat kääpiöt (tähdet elinkaarensa eri vaiheissa) ovat todennäköisesti osa pimeän aineen muodostavaa pimeää ainetta. Musta energia voi myös täydentää niiden täytteitä, myös ennakoiduissa hypoteettisissa kohteissa, kuten esi-, kvarkki- ja Q -tähdissä.
Ei-baryoniset ehdokkaat
Toinen skenaario tarkoittaa ei-baryonistaAlkaa. Tässä useat hiukkasetyypit voivat toimia ehdokkaina. Esimerkiksi kevyet neutriinot, joiden olemassaolon tutkijat ovat jo osoittaneet. Kuitenkin niiden massa, joka on suuruusluokkaa sadas kymmenestä tuhannesosaan eV: stä (elektronivoltti), sulkee ne käytännössä pois mahdollisista hiukkasista, koska vaadittua kriittistä tiheyttä ei saavuteta. Mutta raskaat neutriinot, jotka on yhdistetty raskaisiin leptoneihin, eivät käytännössä ilmene heikoissa vuorovaikutuksissa normaaliolosuhteissa. Tällaisia neutriinoja kutsutaan steriileiksi; niiden enimmäismassa on enintään kymmenesosa eV: stä, joten ne ovat todennäköisemmin sopivia ehdokkaita tumman aineen hiukkasille. Aksionit ja kosmonit on lisätty keinotekoisesti fyysisiin yhtälöihin kvanttikromodynamiikan ja vakiomallin ongelmien ratkaisemiseksi. Yhdessä toisen vakaan supersymmetrisen hiukkasen (SUSY-LSP) kanssa he voivat hyvinkin olla ehdokkaita, koska ne eivät osallistu sähkömagneettisiin ja voimakkaisiin vuorovaikutuksiin. Toisin kuin neutriinot, ne ovat kuitenkin edelleen hypoteettisia, ja niiden olemassaolo on vielä todistettava.
Mustan aineen teoria
Massan puute maailmankaikkeudessa aiheuttaa tämänhuomioon eri teorioita, joista jotkut ovat melko johdonmukaisia. Esimerkiksi teoria, jonka mukaan tavallinen painovoima ei voi selittää spiraaligalaksien tähtien outoa ja kohtuuttoman nopeaa pyörimistä. Tällaisilla nopeuksilla he yksinkertaisesti lentäisivät sen rajojen ulkopuolelle, elleivät jotkut pitovoimat, joita ei vielä ole mahdollista rekisteröidä. Muut teoreettiset teesit selittävät mahdottomuuden saada WIMP: itä (massiivisia sähköheikosti vuorovaikutuksessa olevia alkeisosapartikkelien partikkeleita, supersymmetrisiä ja superraskaita - eli ihanteellisia ehdokkaita) maanpäällisissä olosuhteissa, koska ne elävät n -ulottuvuudessa, joka on erilainen kuin meillä, kolme -ulotteinen. Kaluza-Klein-teorian mukaan tällaisia mittauksia ei ole saatavilla.
Muuttuvia tähtiä
Toinen teoria kuvaa kuinka muuttuvat tähdet jamusta aine on vuorovaikutuksessa keskenään. Tällaisen tähden kirkkaus voi muuttua paitsi sisällä tapahtuvien metafyysisten prosessien (pulssi, kromosfäärinen aktiivisuus, kohokohtien poistuminen, ylivuoto ja pimennykset binaarisissa tähtijärjestelmissä, supernovaräjähdys), vaan myös pimeän aineen poikkeavien ominaisuuksien vuoksi.
WARP -moottori
Yhden teorian mukaan pimeä aine voikäytetään polttoaineena hypoteettisella WARP-tekniikalla (WARP Engine) toimivien avaruusalusten aliavaruusmoottoreissa. Mahdollisesti tällaiset moottorit antavat aluksen liikkua valonnopeutta suuremmilla nopeuksilla. Teoriassa he pystyvät taivuttamaan tilaa aluksen edessä ja takana ja siirtämään sitä siinä jopa nopeammin kuin sähkömagneettinen aalto kiihtyy tyhjiössä. Itse alus ei ole paikallisesti kiihdytetty - vain sen edessä oleva tilakenttä on taivutettu. Monet tieteiskirjastot käyttävät tätä tekniikkaa, kuten Star Trek -sagaa.
Kehitys maaolosuhteissa
Yritykset tuottaa ja saada pimeää ainettamaan päällä eivät ole vielä johtaneet menestykseen. Tällä hetkellä kokeita suoritetaan LHC: ssä (Large Hadron Collider), juuri siellä, missä Higgsin bosoni kirjattiin ensimmäisen kerran, sekä muilla, vähemmän tehokkailla, mukaan lukien lineaarisilla törmäyslaitteilla etsimässä vakaita, mutta sähkömagneettisesti heikosti vuorovaikutuksessa olevia alkuainehiukkasia . Valokuvaa, gravitinoa, higshinoa tai sneutrinoa (neutralino), mutta myös muita WIMP: itä (WIMP) ei ole vielä saatu. Tutkijoiden alustavien konservatiivisten arvioiden mukaan yhden milligramman tumman aineen saamiseksi maanpäällisissä olosuhteissa tarvitaan vastaava määrä Yhdysvalloissa vuoden aikana kulutettua energiaa.
