Što je bilo prvo: jaje ili piletina?Znanstvenici iz cijelog svijeta bore se s ovim jednostavnim pitanjem više od desetak godina. Slično se pitanje postavlja o onome što je bilo na samom početku, u vrijeme stvaranja svemira. Je li to bilo, ovo stvaranje ili su svemiri ciklični ili beskonačni? Što je crna tvar u svemiru i po čemu se razlikuje od bijele? Odbacujući razne vrste religija, pokušajmo odgovoriti na ova pitanja sa znanstvenog gledišta. Tijekom posljednjih nekoliko godina znanstvenici su postigli nevjerojatne stvari. Vjerojatno su se prvi put u povijesti izračuni teorijskih fizičara složili s izračunima eksperimentalnih fizičara. Tijekom godina znanstvenoj je zajednici predstavljeno nekoliko različitih teorija. Više ili manje precizno, empirijski, ponekad kvaziznanstveno, međutim, teoretski izračunati podaci ipak su potvrđeni eksperimentima, neki čak i s odgodom većom od desetak godina (Higgsov bozon, na primjer).
Tamna materija - crna energija
Postoji mnogo takvih teorija, na primjer:Teorija struna, teorija Velikog praska, teorija cikličkih svemira, teorija paralelnih svemira, Modificirana Newtonova dinamika (MOND), F. Hoyleova teorija nepokretnog svemira i drugi. Međutim, trenutno se teorija svemira koji se neprestano širi i razvija smatra općeprihvaćenom, čije se teze dobro uklapaju u okvir koncepta Velikog praska. Istodobno, kvazi-empirijski (tj. Empirijski, ali s velikim tolerancijama i temeljem postojećih suvremenih teorija o strukturi mikrosvijeta), dobiveni su podaci da sve nama poznate mikročestice čine samo 4,02% ukupnog volumena cjelokupni sastav Svemira. Ovo je takozvani "barionski koktel" ili barionska tvar. Međutim, glavni dio našeg Svemira (više od 95%) su tvari različitog plana, različitog sastava i svojstava. To je takozvana crna tvar i crna energija. Ponašaju se različito: različito reagiraju na razne vrste reakcija, nisu fiksirani postojećim tehničkim sredstvima, pokazuju svojstva koja nisu prije bila proučavana. Iz ovoga možemo zaključiti da se ili ove tvari pokoravaju drugim zakonima fizike (ne-newtonova fizika, verbalni analog neeuklidske geometrije), ili je naš stupanj razvoja znanosti i tehnologije tek u početnoj fazi svog formiranja.
Što su barioni?
Prema trenutnomkvark-gluonski model jakih interakcija, postoji samo šesnaest elementarnih čestica (i nedavno otkriće Higgsovog bozona to potvrđuje): šest vrsta (okusa) kvarkova, osam gluona i dva bozona. Barioni su teške elementarne čestice s jakim interakcijama. Najpoznatiji od njih su kvarkovi, proton i neutron. Obitelji takvih supstanci, koje se razlikuju po leđima, masama, svojoj "boji", kao i broju "šarma", "neobičnosti", upravo su građevni blokovi onoga što nazivamo barionskom materijom. Crna (tamna) tvar, koja čini 21,8% ukupnog sastava Svemira, sastoji se od ostalih čestica koje ne emitiraju elektromagnetsko zračenje i ne reagiraju s njim na bilo koji način. Stoga je za izravno promatranje, a još više za registraciju takvih tvari, prvo potrebno razumjeti njihovu fiziku i dogovoriti se zakonima kojih se pokoravaju. Mnogi su moderni znanstvenici trenutno angažirani u ovom pitanju u istraživačkim institutima u različitim zemljama.
Najvjerojatnija opcija
Koje se tvari smatrajumoguće? Za početak treba napomenuti da postoje samo dvije moguće mogućnosti. Prema općoj relativnosti i posebnoj relativnosti (opća i posebna relativnost), u smislu sastava, ova tvar može biti i barionska i nebarionska tamna tvar (crna). Prema glavnoj teoriji Velikog praska, bilo koja postojeća materija predstavljena je u obliku bariona. Ova je teza dokazana s izuzetno velikom točnošću. Trenutno su znanstvenici naučili popraviti čestice nastale minutu nakon prekida singularnosti, odnosno nakon eksplozije super gustog stanja tvari, s tjelesnom masom koja teži beskonačnosti, a dimenzije tijela teže nuli. Scenarij s barionskim česticama je najvjerojatniji, jer je od njih sastavljen naš Svemir i kroz njih nastavlja svoje širenje. Crna tvar, prema ovoj pretpostavci, sastoji se od glavnih čestica, općenito prihvaćenih Newtonovom fizikom, ali iz nekog razloga slabo u interakciji na elektromagnetski način. Zbog toga ih detektori ne otkrivaju.
Nije sve tako glatko
Međutim, ovaj scenarij odgovara mnogim znanstvenicimajoš uvijek ima više pitanja nego odgovora. Ako su i crna i bijela tvar predstavljeni samo barionima, tada bi koncentracija lakih bariona kao postotak teških, kao rezultat primarne nukleosinteze, trebala biti različita u izvornim astronomskim objektima Svemira. A eksperimentalno nije otkriveno prisustvo u našoj galaksiji u ravnoteži dovoljnog broja velikih predmeta gravitacije, poput crnih rupa ili neutronskih zvijezda, radi uravnoteženja mase oreola naše Mliječne staze. Međutim, iste neutronske zvijezde, tamne galaktičke aureole, crne rupe, bijeli, crni i smeđi patuljci (zvijezde u različitim fazama svog životnog ciklusa) najvjerojatnije su dio tamne materije koja čini tamnu materiju. Crna energija također može dopuniti njihovo punjenje, uključujući predviđene hipotetičke objekte kao što su preon, kvark i Q zvijezde.
Nebarionski kandidati
Drugi scenarij podrazumijeva nebarionskiPočetak. Ovdje nekoliko vrsta čestica može djelovati kao kandidati. Na primjer, lagani neutrini, čije su postojanje znanstvenici već dokazali. Međutim, njihova ih masa, reda veličine stotinke do desettisućinke eV (elektron-volt), praktički isključuje iz mogućih čestica zbog nedostižnosti potrebne kritične gustoće. Ali teški neutrini, upareni s teškim leptonima, praktički se ne manifestiraju u slabim interakcijama u normalnim uvjetima. Takvi neutrini nazivaju se sterilnima; s njihovom maksimalnom masom do jedne desetine eV, vjerojatnije su da će biti prikladni kandidati za čestice tamne tvari. Aksioni i kozmoni umjetno su uvedeni u fizikalne jednadžbe za rješavanje problema u kvantnoj kromodinamici i u standardnom modelu. Zajedno s još jednom stabilnom supersimetričnom česticom (SUSY-LSP), oni mogu biti kandidati jer ne sudjeluju u elektromagnetskim i jakim interakcijama. Međutim, za razliku od neutrina, oni su i dalje hipotetični, njihovo postojanje tek treba dokazati.
Teorija crne tvari
To uzrokuje nedostatak mase u Svemiruprikaz različitih teorija od kojih su neke prilično konzistentne. Na primjer, teorija da obična gravitacija ne može objasniti neobičnu i pretjerano brzu rotaciju zvijezda u spiralnim galaksijama. Takvim brzinama jednostavno bi izletjeli iz njega, ako ne i neka sila zadržavanja, koju još nije moguće registrirati. Druge teze teorija objašnjavaju nemogućnost dobivanja WIMP-ova (masivnih elektroslabo uzajamno djelujućih partnerskih čestica elementarnih podčestica, supersimetričnih i superteških - tj. Idealnih kandidata) u zemaljskim uvjetima, jer žive u n-dimenziji, koja se razlikuje od naše, tri -dimenzionalni. Prema Kaluza-Kleinovoj teoriji takva nam mjerenja nisu dostupna.
Promjenjive zvijezde
Druga teorija opisuje kako promjenjive zvijezde icrne tvari međusobno komuniciraju. Sjaj takve zvijezde može se promijeniti ne samo zbog metafizičkih procesa koji se odvijaju unutra (pulsiranje, kromosferska aktivnost, izbacivanje izbočina, prelijevanje i pomrčine u binarnim zvjezdanim sustavima, eksplozija supernove), već i zbog anomalnih svojstava tamne tvari.
WARP motor
Prema jednoj teoriji, tamna tvar možekoristi se kao gorivo za podprostorne motore svemirskih letjelica koje rade na hipotetskoj WARP-tehnologiji (WARP Engine). Takvi motori potencijalno omogućuju brodu da se kreće brzinom većom od brzine svjetlosti. U teoriji su u stanju saviti prostor ispred i iza broda i premjestiti ga u njemu čak brže nego što elektromagnetski val ubrzava u vakuumu. Sam brod nije lokalno ubrzan - savijeno je samo prostorno polje ispred njega. Mnoge se priče o znanstvenoj fantastici koriste ovom tehnologijom, poput sage Zvjezdane staze.
Razvoj u kopnenim uvjetima
Pokušaji stvaranja i dobivanja tamne materijena zemlji još nisu doveli do uspjeha. Trenutno se provode eksperimenti na LHC (Large Andron Collider), točno tamo gdje je prvi put zabilježen Higgsov bozon, kao i na drugim, manje moćnim, uključujući linearne sudarače u potrazi za stabilnim, ali elektromagnetski slabo interakcijskim partnerima elementarnih čestica . Međutim, ni fotino, ni gravitino, ni Higshino, ni Sneutrino (Neutralino), kao ni drugi WIMP (WIMP) još uvijek nisu dobiveni. Prema preliminarnim konzervativnim procjenama znanstvenika, za dobivanje jednog miligrama tamne tvari u zemaljskim uvjetima potreban je ekvivalent energije potrošene u Sjedinjenim Državama tijekom godine.
