Visu, ko mēs jebkad esam novērojuši Visumā, no matērijas līdz starojumam, var sadalīt mazākajos komponentos. Viss šajā pasaulē ir veidots no atomiem, kurus veido nukleoni un elektroni, un nukleoni ir sadalīti kvarkos un gluonos. Gaisma sastāv arī no daļiņām: fotoniem. Pat gravitācijas viļņus teorētiski veido gravitoni: daļiņas, kuras mēs kādu dienu, ja paveicas, atrodam un fiksējam. Bet kā ar tumšo matēriju? Netiešus pierādījumus par tā esamību nevar noliegt. Bet vai tam vajadzētu sastāvēt arī no daļiņām?
Mēs esam pieraduši domāt, ka tumšo matēriju veido daļiņas, un mēs bezcerīgi cenšamies tās atklāt. Bet ko tad, ja mēs meklējam nepareizu vietu?
Ja tumšo enerģiju var interpretēt kā enerģiju, kas piemīt paša kosmosa audumam, vai tad “tumšā matērija” ir arī pašas telpas iekšēja funkcija - cieši vai attālināti saistīta ar tumšo enerģiju? Un ka tumšās vielas vietā gravitācijas efekti, kas varētu izskaidrot mūsu novērojumus, būs vairāk saistīti ar "tumšo masu"?
Nu, īpaši jums, fiziķis Ītans Zīgels ir izklāstījis mūsu teorētiskās pieejas un iespējamos scenārijus.
Viena no visinteresantākajām Visuma iezīmēm ir savstarpēja attiecība starp Visumā esošo un to, kā laika gaitā mainās izplešanās ātrums. Veicot daudzu dažādu avotu - zvaigžņu, galaktiku, supernovu, kosmiskā mikroviļņu fona un Visuma liela mēroga struktūru - daudzu rūpīgu mērījumu, mēs esam spējuši izmērīt abus, nosakot, no kā sastāv Visums. Būtībā ir daudz dažādu ideju par to, no kā var sastāvēt mūsu Visums, un tiem visiem ir atšķirīga ietekme uz kosmisko izplešanos.
Pateicoties iegūtajiem datiem, tagad mēs zinām, ka Visumu veido šādi elementi:
- 68% tumšās enerģijas, kas saglabājas nemainīgā enerģijas blīvumā pat tad, ja telpa paplašinās;
Reklāmas video:
- 27% tumšās vielas, kurai piemīt gravitācijas spēks, palielinoties tilpumam, ir izplūdušas un neļauj sevi izmērīt, izmantojot citu zināmu spēku;
- 4,9% no parastās vielas, kas izpaužas visos tās spēkos, ir neskaidra, jo tilpums palielinās, mezglojas gabaliņos un sastāv no daļiņām;
- 0,1% neitrīno, kam piemīt gravitācijas un elektrības vājuma mijiedarbība, veido daļiņas un tie sasitās tikai tad, kad tie palēninās pietiekami, lai izturētos kā matērija, nevis radiācija;
- 0,01% fotonu, kuriem ir gravitācijas un elektromagnētiskā ietekme, izturas kā radiācija un ir izplūduši gan palielinoties apjomam, gan izstiepjot viļņu garumus.
Laika gaitā šīs dažādās sastāvdaļas kļūst salīdzinoši vairāk vai mazāk svarīgas, un šis procents atspoguļo to, no kā mūsdienās veidojas Visums.
Tumšajai enerģijai, kā izriet no mūsu labākajiem mērījumiem, ir vienādas īpašības jebkurā kosmosa punktā, visos telpas virzienos un visās mūsu kosmiskās vēstures epizodēs. Citiem vārdiem sakot, tumšā enerģija ir gan viendabīga, gan izotropiska: tā ir vienāda visur un vienmēr. Cik mēs varam pateikt, tumšajai enerģijai nav vajadzīgas daļiņas; tas viegli var būt īpašums, kas raksturīgs kosmosa audumam.
Bet tumšā viela būtībā ir atšķirīga.
Lai veidotos struktūra, kuru mēs redzam Visumā, it īpaši lielā kosmiskā mērogā, tumšajai matērijai ir ne tikai jāpastāv, bet arī jāapvienojas. Tam nevar būt vienāds blīvums visā kosmosā; drīzāk tam jābūt koncentrētam reģionos ar lielāku blīvumu, un tam jābūt mazāk blīvam vai tā vispār nedrīkst būt reģionos ar zemāku blīvumu. Mēs faktiski varam pateikt, cik daudz kopējās matērijas ir dažādos kosmosa reģionos, vadoties pēc novērojumiem. Trīs svarīgākās ir:
Matērijas jaudas spektrs
Kartējiet šo lietu Visumā, noskaidrojiet, kādos mērogos tā atbilst galaktikām - tas ir, cik liela ir varbūtība, ka atradīsit citu galaktiku noteiktā attālumā no galaktikas, ar kuru sākat, un izpētiet rezultātu. Ja Visums sastāvētu no viendabīgas vielas, struktūra būtu iesmērēta. Ja Visumā būtu tumšā viela, kas nesavāktos pietiekami agri, mazā mērogā esošā struktūra tiktu iznīcināta. Enerģijas jaudas spektrs mums saka, ka aptuveni 85% matērijas Visumā pārstāv tumšā viela, kas nopietni atšķiras no protoniem, neitroniem un elektroniem, un šī tumšā viela ir dzimusi auksta, vai arī tās kinētiskā enerģija ir salīdzināma ar atpūtas masu.
Gravitācijas lēca
Apskatiet masveida objektu. Teiksim, kvazāra, galaktikas vai galaktikas kopas. Skatiet, kā objekta klātbūtne sagroza fona gaismu. Tā kā mēs saprotam gravitācijas likumus, kurus regulē Einšteina vispārējās relativitātes teorija, tas, kā gaisma ir saliekta, ļauj mums noteikt, cik daudz masas ir katrā objektā. Izmantojot citas metodes, mēs varam noteikt masas daudzumu, kas atrodas parastajā matērijā: zvaigznes, gāze, putekļi, melnie caurumi, plazma utt. Un atkal mēs atklājam, ka 85% vielas pārstāv tumšā viela. Turklāt tas ir izplatīts vairāk izkliedēti, duļķains nekā parasta viela. To apstiprina vājš un spēcīgs objektīvs.
Kosmiskā mikroviļņu fona
Aplūkojot atlikušo Lielā sprādziena starojuma spīdumu, jūs atradīsit, ka tas ir aptuveni vienāds: 2,725 K visos virzienos. Bet, aplūkojot tuvāk, jūs varat atrast, ka sīkie defekti tiek novēroti svaros no desmitiem līdz simtiem mikrokelvīnu. Viņi mums stāsta dažas svarīgas lietas, tostarp parastās vielas, tumšās vielas un tumšās enerģijas enerģijas blīvumu, bet pats galvenais, viņi mums stāsta, cik viendabīgs bija Visums, kad tas bija tikai 0,003% no tā pašreizējā vecuma. Atbilde ir tāda, ka blīvākais reģions bija tikai par 0,01% blīvāks nekā vismazāk blīvais reģions. Citiem vārdiem sakot, tumšā matērija sākās viendabīgā stāvoklī un laika gaitā salika kopā.
Saliekot to visu kopā, mēs nonākam pie secinājuma, ka tumšajai vielai vajadzētu izturēties kā šķidrumam, kas piepilda Visumu. Šim šķidrumam ir nenozīmīgs spiediens un viskozitāte, tas reaģē uz radiācijas spiedienu, nesaduras ar fotoniem vai parasto vielu, dzimis auksts un nerelatīvisks un laika gaitā savās gravitācijas ietekmē sakopojas. Tas nosaka struktūru veidošanos Visumā uz lielākajām skalām. Tas ir ļoti neviendabīgs, un laika gaitā tā neviendabīguma lielums palielinās.
Lūk, ko mēs par to varam teikt lielā mērā, jo tie attiecas uz novērojumiem. Mazos mērogos mēs varam tikai pieņemt, neesam pilnīgi pārliecināti, ka tumšā viela sastāv no daļiņām ar īpašībām, kas liek tai šādi rīkoties lielā mērogā. Iemesls, kāpēc mēs to pieņemam, ir tāpēc, ka Visums, cik mums zināms, tā pamatā sastāv no daļiņām, tas arī viss. Ja jūs esat viela, ja jums ir masa, kvantu analogs, tad jums neizbēgami jāsastāv no daļiņām noteiktā līmenī. Bet, kamēr mēs neesam atraduši šo daļiņu, mums nav tiesību izslēgt citas iespējas: piemēram, ka tas ir kaut kāds šķidrs lauks, kas nesastāv no daļiņām, bet ietekmē laika laiku tā, kā daļiņām vajadzētu.
Tāpēc ir tik svarīgi mēģināt tieši atklāt tumšo vielu. Teorētiski nav iespējams apstiprināt vai noliegt tumšās matērijas pamatkomponentu, tikai praksē, ko papildina novērojumi. Acīmredzot tumšajai vielai nav nekāda sakara ar tumšo enerģiju.
Vai tas ir izgatavots no daļiņām? Kamēr mēs tos neatradīsim, mēs varam tikai minēt. Visums izpaužas kā kvantu raksturs, kad runa ir par jebkuru citu matērijas formu, tāpēc ir pamatoti pieņemt, ka tumšā matērija būtu vienāda.
Iļja Khels