Що було першим: яйце чи курка?Над цим простим питанням вчені всього світу б'ються не один десяток років. Аналогічне питання виникає про те, що було на самому початку, в момент створення Всесвіту. А чи було воно, це створення, або Всесвіти циклічні або нескінченні? Що таке темна матерія в космосі і чим вона відрізняється від білої? Відкидаючи в сторону різного роду релігії, спробуємо підійти до відповідей на ці питання з наукової точки зору. За минулі кілька років вченим вдалося зробити неймовірне. Напевно, вперше в історії викладки фізиків-теоретиків зійшлися з викладками фізиків-експериментаторів. Науковому співтовариству за ці роки було представлено кілька різних теорій. Більш-менш точно, емпіричними шляхами, часом квазінаукове, проте теоретичні розрахункові дані були-таки підтверджені експериментами, деякі навіть з затримкою на не один десяток років (бозон Хіггса, наприклад).
Темна матерія - чорна енергія
Таких теорій багато, наприклад:теорія струн, теорія Великого вибуху (Big Bang), теорія циклічних всесвітів, теорія паралельних всесвітів, Модифікована Ньютоновская динаміка (MOND), теорія стаціонарного Всесвіту Ф. Хойл і інші. Однак в даний час загальноприйнятою вважається теорія постійно розширюється і еволюціонує Всесвіту, тези якої цілком укладаються в рамках концепції Великого вибуху. При цьому квазіемпіріческі (т. Е. Дослідним шляхом, але з великими допусками і грунтуючись на існуючих сучасних теоріях будови мікросвіту) були отримані дані про те, що всі відомі нам мікрочастинки складають лише 4,02% від загального обсягу всього складу Всесвіту. Це так званий "баріонів коктейль", або баріонів матерія. Однак основна частина нашого Всесвіту (більше 95%) - це речовини іншого плану, іншого складу і властивостей. Це так звана темна матерія і темна енергія. Вони поводяться інакше: по-іншому реагують на різного роду реакції, не фіксуються існуючими технічними засобами, проявляють не вивчені раніше властивості. З цього можна зробити висновок, що або ці речовини підпорядковуються іншим законам фізики (Неньютонова фізика, словесний аналог неевклідової геометрії), або наш рівень розвитку науки і техніки знаходиться лише на початковому етапі її становлення.
Що таке баріони?
Відповідно до існуючої в даний часкварк-глюонної моделі сильних взаємодій, елементарних частинок всього шістнадцять (і недавнє відкриття бозона Хіггса це підтверджує): шість типів (флейворов) кварків, вісім глюонів і два бозона. Ядерна фізика - це важкі елементарні частинки з сильним взаємодією. Найвідоміші з них - це кварки, протон і нейтрон. Сімейства таких речовин, що розрізняються по спину, масам, їх "кольором", а також числах "зачарованості", "дивацтва", як раз і є цеглинками того, що ми називаємо баріонів матерія. Чорна (темна) матерія, складова 21,8% від загального складу Всесвіту, складається з інших частинок, які не випускають електромагнітного випромінювання і ніяк з ним не реагують. Тому для прямого спостереження як мінімум, а вже тим більше для реєстрації таких речовин необхідно для початку зрозуміти їх фізику і узгодити закони, яким вони підкоряються. Багато сучасних учених в даний час займаються цією справою в науково-дослідних інститутах різних країн.
Найімовірніший варіант
Які ж речовини розглядаються якможливих? Для початку слід зазначити, що існує всього два можливих варіанти. Згідно ОТО і СТО (Загальною і Спеціальної теорії відносності), за складом цією речовиною може бути як баріонів, так і небаріонної темна матерія (чорна). Згідно з основною теорії Великого вибуху, будь-яка існуюча матерія представлена у вигляді баріонів. Ця теза доведений з гранично високою точністю. В даний час вчені навчилися фіксувати частинки, що утворилися через хвилину після розриву сингулярності, тобто після вибуху надщільного стану речовини, з масою тіла, що прагне до нескінченності, і розмірами тіла, які прагнуть до нуля. Сценарій з баріонів частинками найбільш ймовірний, тому що саме з них складається і за допомогою них продовжує своє розширення наш Всесвіт. Чорна матерія, згідно з цим припущенням, складається з основних, загальноприйнятих ньютонівської фізикою частинок, але з якихось причин слабовзаємодіючих електромагнітним чином. Саме тому детектори їх не фіксують.
Чи не все так гладко
Такий сценарій влаштовує багатьох вчених, однаквсе ж залишається більше запитань, ніж відповідей. Якщо і чорна, і біла матерія представлена тільки баріонами, то концентрація легких баріонів в процентному співвідношенні до тяжких, в результаті первинного нуклеосинтеза, повинна бути іншою в початкових астрономічних об'єктах Всесвіту. Та й експериментально не виявлено наявність в нашій галактиці равновесно достатньої кількості великих об'єктів гравітації, таких як чорні діри або нейтронні зірки, для врівноваження маси гало нашого Чумацького Шляху. Однак ті ж самі нейтронні зірки, темні галактичні гало, чорні діри, білі, чорні і коричневі карлики (зірки в різних стадіях свого життєвого циклу), найімовірніше, входять до складу темної речовини, з якого складається темна матерія. Чорна енергія також може доповнювати їх начинку, в тому числі і в передбачених гіпотетичних об'єктах, таких як преонов, кваркові і Q-зірки.
небаріонної кандидати
Другий сценарій передбачає собою небаріонноїпочаток. Тут в якості кандидатів можуть виступати кілька видів частинок. Наприклад, легкі нейтрино, існування яких уже доведено вченими. Однак їх маса, близько від однієї сотої до однієї десятитисячної еВ (електрон-вольт), практично виключає їх з можливих частинок через недосяжність необхідної критичної щільності. А ось важкі нейтрино, парні важким лептонам, практично не проявляють себе в слабких взаємодіях в звичайних умовах. Такі нейтрино називають стерильними, вони зі своєю максимальною масою до однієї десятої еВ з більшою ймовірністю підходять в якості кандидатів частинок темної матерії. Аксион і косміони були штучно введені в фізичні рівняння для вирішення проблем в квантової хромодинамике і в стандартній моделі. Разом з іншого стабільної суперсиметричних часткою (SUSY-LSP) вони цілком можуть претендувати в кандидати, тому що не беруть участі в електромагнітному і сильному взаємодіях. Однак, на відміну від нейтрино, вони все ж гіпотетичні, їх існування ще необхідно довести.
Теорія чорної матерії
Недолік маси у Всесвіті породжує на цейрахунок різні теорії, деякі з яких цілком доречні. Наприклад, теорія про те, що звичайна гравітація не здатна пояснити дивну і непомірно швидке обертання зірок в спіральних галактиках. При таких швидкостях вони б просто вилетіли за її межі, якби не якась утримує сила, зареєструвати яку поки не представляється можливим. Інші тези теорій пояснюють неможливість отримання вімпів (масивні електрослабовзаімодействующіе частки-партнери елементарних субчастиц, суперсиметричні і надважкі - тобто ідеальні кандидати) в земних умовах, так вони живуть в n-вимірі, відмінному в більшу сторону від нашого, тривимірного. За теорією Калуци-Клейна такі вимірювання для нас недоступні.
мінливі зірки
Інша теорія описує, як змінні зірки ічорна матерія взаємодіють між собою. Блиск такої зірки може змінюватися не тільки завдяки метафізичним процесів, що відбуваються всередині (пульсація, хромосферні активність, викид протуберанців, перетікання і затемнення в подвійних зоряних системах, вибух наднової), але і завдяки аномальним властивостям темної речовини.
Двигун викривлення
За однією з теорій, темна матерія можевикористовуватися в якості палива для субпространственних двигунів космічних кораблів, які працюють за гіпотетичної варпа-технології (WARP Engine). Потенційно такі двигуни дозволяють кораблю рухатися зі швидкостями, що перевищують швидкість світла. Теоретично вони здатні викривляти простір до і позаду корабля і переміщати його в ньому навіть швидше, ніж електромагнітна хвиля розганяється в вакуумі. Сам корабель локально не прискорює - викривляється лише просторове поле перед ним. У багатьох фантастичних оповіданнях застосовується така технологія, наприклад в сазі Star Trek.
Вироблення в земних умовах
Спроби згенерувати і отримати чорну матеріюна землі все ще не привели до успіху. В даний час проводяться досліди на ВАКу (Великий андронний коллайдер), саме там, де вперше зафіксували бозон Хіггса, а також на інших, менш потужних, в тому числі і лінійних коллайдерах в пошуках стабільних, але електромагнітно слабовзаємодіючих партнерів елементарних частинок. Однак ні Фотину, ні гравітіно, ні хігсіно, ні снейтріно (нейтраліно), а також інші вімпи (WIMP) ще не отримані. За попередньою обережною оцінкою вчених, для отримання одного міліграма темної матерії в земних умовах необхідний еквівалент енергії, споживаної в США протягом року.
