Donker materie. Ses kosmologiese probleme
Die bewegings van voorwerpe op 'n kosmiese skaal gehoorsaam die goeie ou Newton se teorie. Die ontdekking van Fritz Zwicky in die 30's en daaropvolgende talle waarnemings van verre sterrestelsels wat vinniger roteer as wat hul oënskynlike massa sou aandui, het sterrekundiges en fisici egter daartoe gelei om die massa van donker materie te bereken, wat nie direk in enige beskikbare waarnemingsreeks bepaal kan word nie. . aan ons gereedskap. Die snawel blyk baie hoog te wees – daar word nou beraam dat byna 27% van die massa van die heelal donker materie is. Dit is meer as vyf keer meer as die "gewone" materie wat vir ons waarnemings beskikbaar is.
Ongelukkig voorsien elementêre deeltjies blykbaar nie die bestaan van deeltjies waaruit hierdie enigmatiese massa sou bestaan nie. Tot nou toe kon ons dit nie opspoor of hoë-energiestrale in botsende versnellers genereer nie. Die laaste hoop van wetenskaplikes was die ontdekking van "steriele" neutrino's, wat donker materie kan uitmaak. Tot dusver was pogings om hulle op te spoor egter ook onsuksesvol.
Donker energie
Aangesien daar in die 90's ontdek is dat die uitbreiding van die heelal nie konstant is nie, maar versnel, was nog 'n toevoeging tot die berekeninge nodig, hierdie keer met energie in die heelal. Dit het geblyk dat om hierdie versnelling te verduidelik, addisionele energie (d.w.s. massas, want volgens die spesiale relatiwiteitsteorie is hulle dieselfde) - d.w.s. donker energie - behoort ongeveer 68% van die heelal uit te maak.
Dit sou beteken dat meer as twee derdes van die heelal bestaan uit ... god weet wat! Want, soos in die geval van donker materie, kon ons nie die aard daarvan vasvang of verken nie. Sommige glo dat dit die energie van die vakuum is, dieselfde energie waarby deeltjies "uit niks" verskyn as gevolg van kwantumeffekte. Ander stel voor dat dit die "kwintessensie" is, die vyfde krag van die natuur.
Daar is ook 'n hipotese dat die kosmologiese beginsel glad nie werk nie, die Heelal is onhomogeen, het verskillende digtheid in verskillende gebiede, en hierdie fluktuasies skep die illusie van versnelde uitbreiding. In hierdie weergawe sou die probleem van donker energie net 'n illusie wees.
Einstein het in sy teorieë ingevoer - en toe verwyder - die konsep kosmologiese konstantegeassosieer met donker energie. Die konsep is voortgesit deur kwantummeganika teoretici wat probeer het om die idee van die kosmologiese konstante te vervang kwantum vakuum veld energie. Hierdie teorie het egter 10 gegee120 meer energie as wat nodig is om die heelal uit te brei teen die tempo wat ons ken...
inflasie
teorie ruimte inflasie dit verduidelik baie bevredigend, maar stel 'n klein (wel, nie vir almal klein) probleem bekend - dit dui daarop dat in die vroeë tydperk van sy bestaan, sy uitsettingtempo vinniger as die spoed van lig was. Dit sou die tans sigbare struktuur van ruimte-voorwerpe, hul temperatuur, energie, ens. verklaar. Die punt is egter dat geen spore van hierdie antieke gebeurtenis tot dusver gevind is nie.
Navorsers by Imperial College London, Londen, en die Universiteite van Helsinki en Kopenhagen het in 2014 in Physical Review Letters beskryf hoe swaartekrag die stabiliteit verskaf het wat nodig was vir die heelal om erge inflasie vroeg in sy ontwikkeling te ervaar. Die span het ontleed interaksie tussen Higgs-deeltjies en swaartekrag. Wetenskaplikes het getoon dat selfs 'n klein interaksie van hierdie tipe die heelal kan stabiliseer en van 'n ramp red.
Grafiek van die rotasiespoed van die spiraalsterrestelsel M33
“Die standaardmodel van elementêre deeltjiefisika, wat wetenskaplikes gebruik om die aard van elementêre deeltjies en hul interaksies te verduidelik, het nog nie die vraag beantwoord oor hoekom die Heelal nie onmiddellik ná die Oerknal ineengestort het nie,” het die professor gesê. Terug Rajanti van die Fisika Departement van Imperial College. “In ons studie het ons gefokus op die onbekende parameter van die Standaardmodel, dit wil sê die interaksie tussen Higgs-deeltjies en swaartekrag. Hierdie parameter kan nie in deeltjieversneller-eksperimente gemeet word nie, maar dit het 'n sterk invloed op die onstabiliteit van Higgs-deeltjies tydens die inflasiefase. Selfs ’n klein waarde van hierdie parameter is genoeg om die oorlewingsyfer te verduidelik.”
'n Web van donker materie verlig deur 'n kwasar
Sommige geleerdes glo dat inflasie, sodra dit begin, moeilik is om te stop. Hulle kom tot die gevolgtrekking dat die gevolg daarvan die skepping van nuwe heelalle was, fisies geskei van ons s'n. En hierdie proses sal voortduur tot vandag toe. Die multiversum skep steeds nuwe heelalle in 'n inflasionêre stormloop.
Om terug te keer na die beginsel van konstante spoed van lig, stel sommige inflasieteoretici voor dat die spoed van lig, ja, 'n streng limiet is, maar nie 'n konstante nie. In die vroeë era was dit hoër, wat inflasie moontlik gemaak het. Nou gaan dit steeds val, maar so stadig dat ons dit nie kan agterkom nie.
Kombinasie van interaksies
Die huidige balans van gewone materie, donker materie en donker energie
Die Standaardmodel, terwyl dit die drie tipes natuurkragte verenig, verenig nie die swak en sterk interaksies tot die bevrediging van alle wetenskaplikes nie. Swaartekrag staan opsy en kan nog nie ingesluit word in die algemene model met die wêreld van elementêre deeltjies nie. Enige poging om swaartekrag met kwantummeganika te versoen, bring soveel oneindigheid in die berekeninge in dat die vergelykings hul waarde verloor.
kwantumteorie van swaartekrag vereis 'n breuk in die verband tussen die gravitasiemassa en die traagheidsmassa, bekend uit die beginsel van ekwivalensie (sien artikel: "Ses beginsels van die heelal"). Oortreding van hierdie beginsel ondermyn die bou van moderne fisika. So 'n teorie, wat die weg oopmaak vir 'n teorie van drome oor alles, kan dus ook die fisika wat tot dusver bekend is vernietig.
Alhoewel swaartekrag te swak is om op die klein skale van kwantuminteraksies waar te neem, is daar 'n plek waar dit sterk genoeg word om 'n verskil in die meganika van kwantumverskynsels te maak. Hierdie swart gate. Die verskynsels wat binne en aan hul buitewyke voorkom, word egter nog min bestudeer en bestudeer.
Die opstel van die heelal
Die Standaardmodel kan nie die grootte van die kragte en massas wat in die wêreld van deeltjies ontstaan, voorspel nie. Ons leer oor hierdie hoeveelhede deur data te meet en by die teorie te voeg. Wetenskaplikes ontdek voortdurend dat 'n klein verskil in die gemete waardes genoeg is om die heelal heeltemal anders te laat lyk.
Dit het byvoorbeeld die kleinste massa wat nodig is om die stabiele stof van alles wat ons ken te ondersteun. Die hoeveelheid donker materie en energie word noukeurig gebalanseer om sterrestelsels te vorm.
Een van die mees raaiselagtige probleme met die instelling van die parameters van die heelal is voordeel van materie bo antimateriewat alles stabiel laat bestaan. Volgens die Standaardmodel moet dieselfde hoeveelheid materie en antimaterie geproduseer word. Natuurlik, vanuit ons oogpunt, is dit goed dat materie 'n voordeel het, aangesien gelyke hoeveelhede die onstabiliteit van die Heelal impliseer, geskud deur gewelddadige uitbarstings van uitwissing van beide soorte materie.
Visualisering van die multiversum met uitdyende en saamtrekende heelalle
Metingsprobleem
besluit dimensie kwantum voorwerpe beteken die ineenstorting van die golffunksie, dit wil sê "verandering" van hul toestand van twee (Schrödinger se kat in 'n onbepaalde toestand van "lewendig of dood") na 'n enkele een (ons weet wat met die kat gebeur het).
Een van die meer gewaagde hipoteses wat verband hou met die probleem van meting is die konsep van "baie wêrelde" - die moontlikhede waaruit ons kies wanneer ons meet. Die wêrelde skei elke oomblik. So, ons het 'n wêreld waarin ons in 'n boks met 'n kat kyk, en 'n wêreld waarin ons nie in 'n boks met 'n kat kyk nie ... In die eerste - die wêreld waarin die kat leef, of die een waarin hy nie woon nie, ens. d.
hy het geglo dat iets baie verkeerd was met kwantummeganika, en sy mening moes nie ligtelik opgeneem word nie.
Vier hoofinteraksies
