Chi è venuto prima: un uovo o una gallina?Gli scienziati di tutto il mondo hanno lottato con questa semplice domanda per più di una dozzina di anni. Una domanda simile sorge su ciò che era all'inizio, al momento della creazione dell'universo. Ed era, questa creazione, o gli universi sono ciclici o infiniti? Cos'è la materia nera nello spazio e in cosa differisce dal bianco? Mettendo da parte i vari tipi di religioni, proviamo ad affrontare le risposte a queste domande da un punto di vista scientifico. Negli ultimi anni, gli scienziati hanno realizzato cose incredibili. Probabilmente, per la prima volta nella storia, i calcoli dei fisici teorici concordavano con i calcoli dei fisici sperimentali. Nel corso degli anni sono state presentate alla comunità scientifica diverse teorie. Più o meno accuratamente, empiricamente, a volte quasi scientificamente, tuttavia, i dati teorici calcolati sono stati comunque confermati da esperimenti, alcuni anche con un ritardo di più di una dozzina di anni (il bosone di Higgs, per esempio).
Materia oscura - energia nera
Esistono molte teorie del genere, ad esempio:Teoria delle stringhe, teoria del Big Bang, teoria degli universi ciclici, teoria degli universi paralleli, dinamica newtoniana modificata (MOND), teoria dell'universo stazionario di F. Hoyle e altre. Tuttavia, attualmente, la teoria di un Universo in continua espansione ed evoluzione è considerata generalmente accettata, le cui tesi si adattano bene alla struttura del concetto di Big Bang. Allo stesso tempo, quasi empiricamente (cioè empiricamente, ma con ampie tolleranze e sulla base delle moderne teorie esistenti sulla struttura del micromondo), sono stati ottenuti dati che tutte le microparticelle a noi note costituiscono solo il 4,02% del volume totale di l'intera composizione dell'Universo. Questo è il cosiddetto "cocktail barionico" o materia barionica. Tuttavia, la parte principale del nostro Universo (più del 95%) è costituita da sostanze di diverso piano, di diversa composizione e proprietà. Questa è la cosiddetta materia nera ed energia nera. Si comportano in modo diverso: reagiscono in modo diverso a vari tipi di reazioni, non sono fissati dai mezzi tecnici esistenti, mostrano proprietà che non sono state studiate prima. Da ciò possiamo concludere che o queste sostanze obbediscono ad altre leggi della fisica (fisica non newtoniana, un analogo verbale della geometria non euclidea), o il nostro livello di sviluppo della scienza e della tecnologia è solo nella fase iniziale della sua formazione.
Cosa sono i barioni?
Secondo la correntequark-gluone delle interazioni forti, ci sono solo sedici particelle elementari (e la recente scoperta del bosone di Higgs lo conferma): sei tipi (sapori) di quark, otto gluoni e due bosoni. I barioni sono particelle elementari pesanti con interazioni forti. I più famosi sono quark, protoni e neutroni. Le famiglie di tali sostanze, che differiscono per il dorso, la massa, il "colore", nonché i numeri di "fascino", "stranezza", sono proprio gli elementi costitutivi di ciò che chiamiamo materia barionica. La materia nera (oscura), che costituisce il 21,8% della composizione totale dell'Universo, è costituita da altre particelle che non emettono radiazioni elettromagnetiche e non reagiscono in alcun modo con essa. Pertanto, almeno per l'osservazione diretta, e ancor più per la registrazione di tali sostanze, è necessario prima comprenderne la fisica e concordare le leggi a cui obbediscono. Molti scienziati moderni sono attualmente impegnati in questa materia in istituti di ricerca in diversi paesi.
L'opzione più probabile
Quali sostanze sono considerate comepossibile? Per cominciare, va notato che ci sono solo due opzioni possibili. Secondo la relatività generale e la relatività speciale (relatività generale e ristretta), la composizione di questa sostanza può essere materia oscura sia barionica che non barionica (nera). Secondo la teoria principale del Big Bang, qualsiasi materia esistente è rappresentata sotto forma di barioni. Questa tesi è stata dimostrata con estrema precisione. Attualmente gli scienziati hanno imparato a fissare le particelle formatesi un minuto dopo la rottura della singolarità, cioè dopo l'esplosione di uno stato superdenso di materia, con massa corporea tendente all'infinito e dimensioni del corpo tendenti a zero. Lo scenario con particelle barioniche è il più probabile, poiché è di esse che si compone il nostro Universo e attraverso di esse continua la sua espansione. La materia nera, secondo questa ipotesi, è costituita dalle particelle principali, generalmente accettate dalla fisica newtoniana, ma che per qualche ragione interagiscono debolmente in modo elettromagnetico. Ecco perché i rilevatori non li rilevano.
Non tutto è così liscio
Questo scenario si adatta a molti scienziati, tuttaviaci sono ancora più domande che risposte. Se sia la materia bianca che quella nera sono rappresentate solo da barioni, allora la concentrazione di barioni leggeri come percentuale di quelli pesanti, come risultato della nucleosintesi primaria, dovrebbe essere diversa negli oggetti astronomici originali dell'Universo. E non è stata rivelata sperimentalmente la presenza nella nostra galassia in equilibrio di un numero sufficiente di grandi oggetti di gravità, come buchi neri o stelle di neutroni, per bilanciare la massa dell'alone della nostra Via Lattea. Tuttavia, le stesse stelle di neutroni, gli aloni galattici oscuri, i buchi neri, le nane bianche, nere e brune (stelle in diverse fasi del loro ciclo di vita) sono molto probabilmente parte della materia oscura che costituisce la materia oscura. L'energia nera può anche completare il loro riempimento, anche in oggetti ipotetici previsti come preoni, quark e stelle Q.
Candidati non barionici
Il secondo scenario implica un non barionicoCominciare. Qui, diversi tipi di particelle possono fungere da candidati. Ad esempio, i neutrini leggeri, la cui esistenza è già stata dimostrata dagli scienziati. Tuttavia, la loro massa, dell'ordine del centesimo fino a un decimillesimo di eV (elettronvolt), li esclude praticamente da eventuali particelle per l'irraggiungibilità della densità critica richiesta. Ma i neutrini pesanti, accoppiati con i leptoni pesanti, praticamente non si manifestano in interazioni deboli in condizioni normali. Tali neutrini sono chiamati sterili; con la loro massa massima fino a un decimo di eV, è più probabile che siano candidati adatti per particelle di materia oscura. Assioni e cosmoni sono stati introdotti artificialmente nelle equazioni fisiche per risolvere problemi di cromodinamica quantistica e nel modello standard. Insieme a un'altra particella supersimmetrica stabile (SUSY-LSP), potrebbero essere candidati, poiché non prendono parte alle interazioni elettromagnetiche e forti. Tuttavia, a differenza dei neutrini, sono ancora ipotetici, la loro esistenza deve ancora essere dimostrata.
La teoria della materia nera
La mancanza di massa nell'Universo dà origine a questoconto di diverse teorie, alcune delle quali sono abbastanza coerenti. Ad esempio, la teoria secondo cui la gravità ordinaria non può spiegare la rotazione strana ed esorbitante delle stelle nelle galassie a spirale. A tali velocità, ne uscirebbero semplicemente, se non fosse per una forza di tenuta, che non è ancora possibile registrare. Altre tesi di teorie spiegano l'impossibilità di ottenere WIMP (particelle partner elettrodebolmente interagenti di sottoparticelle elementari, supersimmetriche e superpesanti - cioè candidati ideali) in condizioni terrestri, poiché vivono nella dimensione n, che è diversa dalla nostra, tre -dimensionale. Secondo la teoria di Kaluza-Klein, tali misurazioni non sono disponibili per noi.
Stelle mutevoli
Un'altra teoria descrive come le stelle variabili emateria nera interagiscono tra loro. La luminosità di una stella del genere può cambiare non solo a causa di processi metafisici che avvengono al suo interno (pulsazioni, attività cromosferica, espulsione di protuberanze, trabocco ed eclissi in sistemi stellari binari, esplosione di supernova), ma anche a causa delle proprietà anomale della materia oscura.
motore WARP
Secondo una teoria, la materia oscura puòutilizzato come carburante per i motori subspaziali di veicoli spaziali operanti su un'ipotetica tecnologia WARP (WARP Engine). Potenzialmente, tali motori consentono alla nave di muoversi a velocità superiori a quella della luce. In teoria, sono in grado di piegare lo spazio davanti e dietro la nave e spostarlo al suo interno ancora più velocemente di quanto un'onda elettromagnetica acceleri nel vuoto. La nave stessa non è accelerata localmente - solo il campo spaziale davanti ad essa è piegato. Molte storie di fantascienza utilizzano questa tecnologia, come la saga di Star Trek.
Sviluppo in condizioni terrestri
Tentativi di generare e ottenere materia oscurasulla terra non hanno ancora portato al successo. Attualmente, gli esperimenti sono in corso presso l'LHC (Large Andron Collider), esattamente dove è stato registrato per la prima volta il bosone di Higgs, così come in altri collisori lineari, meno potenti, alla ricerca di partner di particelle elementari stabili, ma che interagiscono elettromagneticamente debolmente. . Tuttavia, non sono stati ancora ottenuti né fotino, né gravitino, né higshino, né sneutrino (neutralino), né altri WIMP (WIMP). Secondo stime prudenti preliminari degli scienziati, per ottenere un milligrammo di materia oscura in condizioni terrestri è necessario l'equivalente dell'energia consumata negli Stati Uniti durante l'anno.
