Lielais vairums masu mūsu Visumā ir neredzami. Un fiziķi jau labu laiku cenšas saprast, kas ir šī nenotveramā masa. Ja to veido daļiņas, cerība ir, ka Lielais hadronu sadursme var radīt tumšās vielas daļiņu vai kosmosa teleskops redzēs daiļrunīgu gamma staru signālu par tumšās vielas sadursmi. Pagaidām nekā nav. Un šī problēma liek teorētiskajiem fiziķiem domāt par jaunām idejām.
2017. gadā slavenā teorētiskā fiziķe Liza Randala ķērās pie vienas no neticamākajām tumšās matērijas iespējām. Hipotētiski, protams. Tā vietā, lai tumšo matēriju uzskatītu par īpašu daļiņu veidu, viņa pieņēma, ka tumšo vielu var veidot vesela daļiņu saime, kas veido tumšas zvaigznes, tumšas galaktikas, tumšas planētas un, iespējams, tumšu dzīvi. Tumšā Visuma ķīmija varētu būt tikpat bagāta un daudzveidīga kā mūsu pašu "regulārā ķīmija".
Bet tas nav tik vienkārši.
Tumšās matērijas problēma
Mūsu Visums ir pārsteidzoša, kaut arī nesaprotama vieta.
Pēdējo desmitgažu laikā mēs esam sapratuši, ka 84,5% no Visuma matērijas nevar redzēt. Ņemot vērā diezgan neveiklo segvārdu "tumšā matērija", šī viela atrodas tādā stāvoklī, ka tā nav mijiedarbībā ar "parasto" vielu. Tāpat kā tumšā enerģija, arī šīs lietas ir “tumšas”, jo mēs tās nesaprotam.
Ja tagad uz mana galda atrodas tumšās matērijas gabals, es nekad par to neuzzināšu. Tumšās vielas gabals kopumā kā tāds nevar gulēt uz mana galda. Tas izkritīs caur galdu, un grīda, un zemes garoza, ieslīd gravitācijas urbumā mūsu planētas kodolā. Vai arī tas nesaprotamā veidā pazudīs kosmosā. Tumšā matērija tik vāji mijiedarbojas ar jebko, ka šis gabals vienkārši izkristīs caur parasto matēriju, it kā tā neeksistē.
Reklāmas video:
Nelielā mērogā tumšās matērijas gravitācijas izpausme ir niecīga, taču kosmoloģiskos attālumos tumšās vielas klātbūtne noteikti ir jūtama - to var netieši novērot pēc tās gravitācijas ietekmes uz galaktiku kopām un tās ietekmes uz galaktiku rotāciju. Mēs zinām, ka tā pastāv, mēs to vienkārši neredzam.
Un mēs nezinām, kas tas ir. Mēs varam tikai minēt.
Parastā viela - aka baryonic matērija - mijiedarbojas ar elektromagnētiskiem, gravitācijas, spēcīgiem un vājiem spēkiem. Šie spēki nodod enerģiju un piešķir struktūru visai matērijai. Savukārt tumšo matēriju parasti uzskata par amorfu "matērijas" mākoni, kas nevar mijiedarboties caur elektromagnētiskiem, vājiem vai spēcīgiem spēkiem. Tāpēc tiek pieņemts, ka tumšā viela ir "ne-baryonic". Nebaryonic matērija var atklāt tās klātbūtni tikai gravitācijas izteiksmē.
Vadošais kandidāts tumšās vielas meklējumos ir WIMP, vāji mijiedarbojošās masīvās daļiņas. Kā norāda WIMP nosaukums, šī hipotētiskā daļiņa nav mijiedarbībā ar parasto matēriju - tātad tā nav baryonic.
Izveidotie kosmoloģiskie modeļi paredz, ka tumšā matērija - piemēram, WIMP vai "aksiāciju" veidā - piešķir mūsu Visumam struktūru un parasti to vienkāršoti sauc par "līmi", kas satur mūsu Visumu kopumā.
Vērojot galaktiku rotāciju, astronoms Vera Rubins pamanīja, ka galaktikās lielākā daļa vielas nav novērojama. Ir redzams tikai mazs procents - zvaigznes, gāze un putekļi; pārējais slēpjas milzīgā, bet neredzamā tumšās matērijas halo. Tas ir tāpat kā mūsu redzamā parastās matērijas galaktika ir tikai kapuce uz milzīga tumšās matērijas riteņa, kas sniedzas tālu pāri tam, ko mēs varam redzēt.
Nesen publicētā dokumentā (2013) Randall un viņas kolēģi iepazīstināja ar sarežģītāku tumšās vielas formu. Pēc viņu teiktā, mūsu galaktikas tumšās vielas halogēns nesatur tikai viena veida amorfu masu, kas nav baryonic vielas.
“Šķiet ļoti dīvaini pieņemt, ka visa tumšā matērija sastāv tikai no viena veida daļiņām,” raksta Randall. "Neobjektīvam zinātniekam nevajadzētu ļaut tumšajai matērijai būt tik daudzveidīgai kā mūsu normālajai matērijai."
Bagātīgs "ēnu Visums"?
Tāpat kā mūsu redzamo Visumu regulē fizikas standarta modelis - labi pārbaudīta daļiņu saime (ieskaitot draņķīgo Higsa bozonu) un spēkus, vai bagātīgais un daudzveidīgais tumšās matērijas daļiņu un spēku modelis varētu darboties tumšā galaktikas halogenā?
Šis pētījums seko loģikai, pieņemot, ka visuma tumšajā sektorā ir daudz dažādu nezināmu fiziku - sauksim to par “ēnu Visumu” -, kas darbojas paralēli mūsu pašu spēkiem un kam ir visas sarežģītās iespējas, ko var piedāvāt mūsu redzamais Visums.
Astrofiziķi iepriekš ir ierosinājuši, ka "tumšās zvaigznes" - zvaigznes, kas veidotas no tumšās matērijas - mūsu senajā Visumā var pastāvēt līdz šai dienai. Ja tā, Randall apgalvo, iespējams, ka varētu veidoties “tumšās planētas”. Un, ja ir tumšās vielas daļiņu saime, kuru kontrolē tumšajā sektorā izvietoti spēki, vai tas varētu izraisīt sarežģītu ķīmiju? Un uz dzīvi?
Tomēr, ja “tumšā” vai “ēnu” dzīve pastāv paralēli mūsu visumam, varat aizmirst, ka mēs to varam atklāt.
Ēnu dzīve paliks ēnās
Šķiet vilinoši izmantot šo hipotēzi, lai izskaidrotu visus ikdienas noslēpumus vai pat paranormālus apgalvojumus, kurus zinātne nevar apstrīdēt vai atbalstīt. Ko darīt, ja “spoki” vai neizskaidrojamas “debesīs iedegtas gaismas” ir tumšo radību antika, kas dzīvo visa aizmugurē?
Kaut arī šī loģika būtu piemērota televīzijas šovam vai filmai, šie tumšie radījumi dzīvotu ēnainā Visumā, kas nav pilnībā savienojams ar parasto matēriju. Viņu daļiņām un spēkiem nebūtu nekādas ietekmes uz mūsu Visumu. Jūs varētu lasīt šīs rindiņas sēžot uz koka celma tumšā mežā, un jūs nekad par to neuzzinātu.
Bet, tā kā mēs vienlaikus ar šo ēnu Visumu eksistē tajā pašā telpas laikā - bez papildu dimensijām vai daudzslāņu, var pārraidīt tikai vienu signālu.
Gravitācijas viļņi tika atklāti tikai 2016. gadā, un pirmo šo viļņu atklāšanu kosmosa laikā izraisīja melno caurumu sadursme. Šķiet pilnīgi iespējams, ka gravitācijas viļņus var noteikt tumšajā sektorā, bet mūsu stieples galā var atklāt tikai visspēcīgākos kosmiskos notikumus tumšajā sektorā.
Kopumā mēs gandrīz noteikti nekad nepierādīsim gudru tumšās matērijas radījumu esamību, taču Randall norāda uz to. Pārdomājot tumšās matērijas avotu, mums jāraugās pāri saviem aizspriedumiem; tumšais sektors var būt sarežģīta tumšās matērijas daļiņu un spēku saime, kas pārsniedz to, ko mēs varam iedomāties.
Iļja Khel