Ce este negru? Teoria materiei întunecate

Care a fost primul: un ou sau un pui? Peste această întrebare simplă, oamenii de știință din întreaga lume se luptă de zeci de ani. Se pune o întrebare similară despre ceea ce a fost la început, la momentul creării universului. Și a fost, această creație, sau sunt Universurile ciclice sau infinite? Ce este materia neagră în spațiu și cum diferă de materia albă? Aruncând deoparte un alt fel de religie, să încercăm să abordăm răspunsurile la aceste întrebări din punct de vedere științific. În ultimii ani, oamenii de știință au reușit să facă lucruri incredibile. Probabil, pentru prima dată în istorie, calculele fizicienilor teoretici au coincis cu calculele fizicienilor experimentali. Mai multe teorii diferite au fost prezentate comunității științifice de-a lungul anilor. Mai mult sau mai puțin exacte, empiric, uneori cvasi-științifice, dar datele teoretice de proiectare au fost confirmate prin experimente, unele chiar cu o întârziere de nu mai mult de o duzină de ani (bosonul Higgs, de exemplu).

Materia întunecată - energia neagră

Asemenea teorii sunt multe, cum ar fi teoria corzilor, teoria Big Bang (Big Bang), teoria universurilor ciclice, teoria universurilor paralele, dinamica newtoniană modificate (Mond), teoria unui univers staționar Hoyle și alții. În prezent, cu toate acestea, teoria general acceptată este în continuă expansiune și de evoluție ale universului, teze care sunt bine în cadrul conceptului de Big Bang-ului. Astfel kvaziempiricheski (t. E. Empiric, dar cu toleranțe mari și pe baza teoriilor moderne existente ale structurii microcosmosului), datele au fost obținute ca toate microparticulele cunoscute cuprind numai 4,02% din volumul total al întregii structuri a universului. Acesta este așa numitul "cocktail baryon" sau materia baryonic. Cu toate acestea, principala parte a universului nostru (mai mult de 95%) este substanța unui plan diferit, compoziție și proprietăți diferite. Aceasta este așa numita materie neagră și energia neagră. Ei se comportă diferit: un mod diferit de a răspunde la diferite tipuri de reacții care nu sunt fixate prin mijloace tehnice existente, să prezinte proprietăți nu studiate anterior. De aici putem trage concluzia că oricare dintre aceste substanțe sunt supuse unor legi diferite ale fizicii (fizica non-newtonian, analogul verbală a geometriei non-euclidiene), sau nivelul nostru de știință și tehnologie este încă în faza inițială de formare a acesteia.

Ce sunt baryonii?

Conform existente în momentul modelului quarc-gluon de interacțiuni puternice ale particulelor elementare doar șaisprezece (și recenta descoperire a bosonului Higgs este confirmat) a: șase tipuri (fleyvorov) quarcuri, gluonii și două opt boson. Barioanele sunt particule elementare grele, cu interacțiuni puternice. Cele mai renumite dintre ele sunt cuarcile, protonul și un neutron. Familie de substanțe care diferă în spate, masele de „culoarea“ lor, și numărul de „încântare“, „ciudat“, sunt doar pietrele de temelie a ceea ce noi numim materie nebarionică. Negru (închis) materie, este de 21,8% din compoziția totală a universului este formată din alte particule nu emit radiație electromagnetică și nu reacționează cu ea. Prin urmare, pentru observarea directă la un nivel minim, și numai cu atât mai mult pentru înregistrarea unor astfel de substanțe trebuie să înceapă să înțeleagă și să armonizeze fizica legile la care sunt supuse. Mulți oameni de știință contemporani sunt implicați în prezent în această problemă în institutele de cercetare din diferite țări.

Opțiunea cea mai probabilă

Ce substanțe sunt considerate posibile? În primul rând, trebuie remarcat faptul că există doar două opțiuni posibile. Potrivit GR și SRT (teoria generală și specială a relativității), această substanță poate conține în compoziție atât materia întunecată baryonic cât și cea nebarionică (negru). Conform teoriei de bază a Big Bang, orice materie existentă este reprezentată sub forma de baryoni. Această teză este dovedită cu o precizie extrem de mare. Acum, oamenii de știință au învățat să fixeze particulele formate la un minut după ruperea singularității, adică după explozia stării superdense a materiei, masa corpului tinzând spre infinit și dimensiunile corpului tinzând spre zero. Un scenariu cu particule de baryon este cel mai probabil, deoarece este de la ei universul nostru constă și prin ele continuă să se extindă. Materia neagră, conform acestei presupuneri, constă în particulele de bază, acceptate în general de fizica Newtoniană, dar, din anumite motive, interacționează slab într-o manieră electromagnetică. De asta detectoarele nu le repară.

Nu totul este atât de neted

Acest scenariu este potrivit pentru mulți oameni de știință, dar totuși există mai multe întrebări decât răspunsuri. Dacă materia albă și cea albă este reprezentată doar de baryoni, atunci concentrația de barioane ușoare ca procent din greutate, ca rezultat al nucleosintezei primare, ar trebui să fie diferită în obiectele astronomice originale ale universului. Da, și în mod experimental nu există dovezi în galaxia noastră cu privire la un număr suficient de echilibru de obiecte mari de gravitație, cum ar fi găurile negre sau stelele neutronice, pentru a echilibra masa halo a Căii Lactee. Cu toate acestea, aceleași stele de neutroni, halouri galactice întunecate, negre găuri, alb, negru și negru maro pitici (stelele în diferite etape ale ciclului lor de viață), cel mai probabil, fac parte din materia întunecată, din care consta materia întunecată. Energia neagră poate, de asemenea, să-și completeze umplutura, inclusiv în obiecte ipotetice prezise, ​​cum ar fi preon, quark și Q-stars.

Non-baryon candidați

Cel de-al doilea scenariu implică un început non-baryon. Aici, mai multe tipuri de particule pot acționa ca candidați. De exemplu, neutrinii lumina, a căror existență a fost deja dovedită de oamenii de știință. Cu toate acestea, masa lor, de ordinul o sută până la o zece mii eV (electron-volți), le exclude practic din particule posibile din cauza imposibilității de a atinge densitatea critică necesară. Dar neutrinii grei, legați cu leptoni grei, practic nu se manifestă interacțiuni slabe în condiții normale. Astfel de neutrini se numesc sterilii, cu masa maximă de până la o zecime din eV sunt mult mai probabil să se califice drept candidați pentru particule de materie întunecată. Axii și cosmonii au fost introduși în mod artificial în ecuațiile fizice pentru rezolvarea problemelor în cromodinamica cuantică și în modelul standard. Împreună cu o altă particulă supersimetrică stabilă (SUSY-LSP), ei se pot califica drept candidați, deoarece nu participă la interacțiuni electromagnetice și puternice. Cu toate acestea, spre deosebire de neutrinii, ele sunt încă ipotetice, existența lor trebuie încă dovedită.

Teoria materiei negre

Lipsa de masă în univers dă naștere unor teorii diferite pe acest punct, unele dintre ele fiind destul de consecvente. De exemplu, teoria că gravitația normală nu poate explica rotație ciudat și excesiv de rapidă stele în galaxii spirala. La astfel de viteze, s-ar pur și simplu a zburat dincolo de ea, dacă nu pentru o anumită forță exploatație, registrul care nu este încă posibilă. Alte teorii pentru a explica incapacitatea de a obține teze WIMP (particule masive elektroslabovzaimodeystvuyuschie parteneri subparticles elementare, SUSY și supergreu - adică candidații ideali) în condiții de sol, deoarece acestea trăiesc în alta decât într-un mod mare de a noastră, tri-dimensională n-dimensiune. Conform teoriei Kaluza-Klein, astfel de măsurători sunt inaccesibile pentru noi.

Variabile stele

O altă teorie descrie modul în care stelele variabile și materia neagră interacționează unul cu celălalt. Luciu astfel de stea poate varia nu numai datorită proceselor metafizice care au loc în interiorul (pulsații activitate chromospheric proeminență eliberare, preaplin si eclipsa in sisteme stelare duble, explozie supernova), dar și pentru că proprietățile anormale ale materiei întunecate.

Motorul VARP

Potrivit uneia dintre teorii, materia întunecată poate fi utilizată drept combustibil pentru motoarele subspațiale ale navelor spațiale care lucrează la motorul WARP (WARP Engine) ipotetic. În mod potențial, astfel de motoare permit navei să se deplaseze la viteze care depășesc viteza luminii. Teoretic, ele sunt capabile să îndoaie spațiul înainte și în spatele navei și să o deplaseze chiar mai repede decât accelerarea valului electromagnetic într-un vid. Nava însăși nu este accelerată local - doar câmpul spațial din fața ei este curbat. În multe povesti fantastice se folosește o astfel de tehnologie, de exemplu în saga Star Trek.

Generarea în condiții terestre

Încercările de a genera și de a primi materie neagră pe teren încă nu au dus la succes. Experimentele efectuate în prezent la LHC (Large Hadron Collider), exact în cazul în care, pentru prima dată înregistrat bosonul Higgs, precum și alte, mai puțin puternic, inclusiv acceleratoare liniare în căutarea stabilă, dar care interacționează slab particule elementare parteneri. electromagnetice Cu toate acestea, nici photino, nici audio higsino gravitino, sneutrinos audio (Neutralino), precum și alte WIMP (WIMP) nu a fost încă primit. Conform estimării preliminare conservatoare de oameni de știință, pentru a produce un miligram de materie întunecată de pe Pământ are nevoie de echivalentul energiei consumate în Statele Unite, în cursul anului.