Minden, amit valaha is megfigyeltünk az Univerzumban, az anyagtól a sugárzásig, felbontható a legkisebb alkotórészekre. Ebben a világban minden atomokból áll, amelyek nukleonokból és elektronokból állnak, és a nukleonok kvarkokra és gluonokra oszlanak. A fény részecskékből is áll: fotonok. Elméletileg még a gravitációs hullámok is gravitonokból állnak: részecskék, amelyeket egyszer, ha szerencsénk van, megtalálunk és rögzítünk. De mi van a sötét anyaggal? A létezésének közvetett bizonyítéka nem tagadható. De részecskékből is álljon?
Szoktuk azt gondolni, hogy a sötét anyag részecskékből áll, és reménytelenül megpróbáljuk észlelni őket. De mi van, ha rossz helyen keresünk?
Ha a sötét energia önmagában a tér szövetében rejlő energiaként értelmezhető, lehet, hogy a „sötét anyag” maga a tér belső funkciója is - szorosan vagy távolról kapcsolódik a sötét energiához? És hogy a sötét anyag helyett a gravitációs hatások, amelyek magyarázatot adhatnak a megfigyeléseinkre, inkább a "sötét tömegnek" köszönhetők?
Nos, főleg neked, Ethan Siegel fizikus fogalmazta meg elméleti megközelítéseinket és lehetséges forgatókönyveinket.
Az univerzum egyik legérdekesebb tulajdonsága az egy-egy kapcsolat az univerzumban lévő és a tágulási sebesség időbeli változásának módja között. Számos különböző forrás - csillagok, galaxisok, szupernóvák, a kozmikus mikrohullámú háttér és az Univerzum nagyméretű struktúráinak - sok gondos mérésével sokfélét meg tudtunk mérni, meghatározva, hogy miből áll az Univerzum. Alapvetően sokféle elképzelés létezik arról, hogy miből állhat Univerzumunk, és mindegyikük különböző hatással van a kozmikus tágulásra.
A kapott adatoknak köszönhetően ma már tudjuk, hogy az univerzum a következőkből áll:
- 68% sötét energia, amely a tér tágulása esetén is állandó energiasűrűségben marad;
Promóciós videó:
- a sötét anyag 27% -a, amely gravitációs erőt mutat, a térfogat növekedésével elmosódik, és nem engedi megmérni magát más ismert erővel;
- a közönséges anyag 4,9% -a, amely minden erejét megmutatja, a térfogat növekedésével elmosódik, csomókká csomózik és részecskékből áll;
- 0,1% -os neutrínók, amelyek gravitációs és elektromos gyengeségi kölcsönhatásokat mutatnak, részecskékből állnak, és csak akkor kopognak össze, ha elég lassulnak ahhoz, hogy anyagként viselkedjenek, nem pedig sugárzással;
- A gravitációs és elektromágneses hatásokat mutató fotonok 0,01% -a sugárzásként viselkedik, és mind a térfogat növekedésével, mind a hullámhosszak nyújtásával elmosódik.
Az idők során ezek a különféle összetevők viszonylag többé-kevésbé fontossá válnak, és ez a százalék azt jelzi, hogy miből áll ma az univerzum.
A sötét energiának, a legjobb méréseinkből következően, ugyanazok a tulajdonságok vannak a tér bármely pontján, a tér minden irányában és kozmikus történelmünk minden epizódjában. Más szavakkal, a sötét energia egyszerre homogén és izotróp: mindenhol és mindig ugyanaz. Amennyire meg tudjuk mondani, a sötét energiának nincs szüksége részecskékre; könnyen lehet a tér szövetében rejlő tulajdonság.
De a sötét anyag alapvetően más.
Ahhoz, hogy az univerzumban látható szerkezet létrejöjjön, különösen nagy kozmikus léptékben, a sötét anyagnak nemcsak léteznie kell, hanem össze is kell jönnie. Nem lehet azonos sűrűségű az egész térben; inkább nagyobb sűrűségű régiókba kell koncentrálódnia, és kevésbé sűrűnek kell lennie, vagy kevésbé kell lennie alacsonyabb sűrűségű területeken. Megfigyelésekkel vezérelve elmondhatjuk, hogy a teljes anyag mekkora része van a tér különböző régióiban. A három legfontosabb:
Az anyag teljesítményspektruma
Térképezze fel az anyagot az univerzumban, nézze meg, milyen skálán felel meg a galaxisoknak - vagyis mennyire valószínű, hogy talál egy másik galaxist egy bizonyos távolságban attól a galaxistól, amellyel elindul - és tanulmányozza az eredményt. Ha az univerzum homogén anyagból állna, akkor a szerkezet elkenődne. Ha olyan sötét anyag lenne az univerzumban, amely nem gyűlik össze elég korán, akkor a szerkezet kis méretben megsemmisül. Az energia teljesítményspektruma azt mondja nekünk, hogy az Univerzum anyagának körülbelül 85% -át sötét anyag képviseli, amely komolyan különbözik a protonoktól, neutronoktól és elektronoktól, és ez a sötét anyag hidegen született, vagy mozgási energiája összehasonlítható a nyugalmi tömeggel.
Gravitációs lencse
Vessen egy pillantást a hatalmas tárgyra. Mondjuk kvazár, galaxis vagy galaxishalmazok. Nézze meg, hogyan torzítja a háttérfényt egy tárgy jelenléte. Mivel megértjük a gravitációs törvényeket, amelyeket az Einstein általános relativitáselmélete irányít, a fény hajlításának módja lehetővé teszi számunkra, hogy meghatározzuk, mekkora tömeg van jelen az egyes objektumokban. Más módszerekkel meghatározhatjuk a közönséges anyagban jelenlévő tömeg mennyiségét: csillagok, gáz, por, fekete lyukak, plazma stb. És ismét azt tapasztaljuk, hogy az anyag 85% -át sötét anyag képviseli. Sőt, diffúzabban, felhősebben oszlik el, mint a közönséges anyag. Ezt erősíti a gyenge és erős lencse.
Kozmikus mikrohullámú háttér
Ha megnézzük az Ősrobbanás sugárzásának fennmaradó fényét, akkor azt tapasztalhatjuk, hogy nagyjából egyenletes: 2,725 K minden irányban. De ha jobban megnézzük, megállapíthatjuk, hogy apró hibák figyelhetők meg a több tíz-több száz mikrokelvin skálán. Néhány fontos dolgot elmondanak nekünk, beleértve a közönséges anyag, a sötét anyag és a sötét energia energiasűrűségét, de ami a legfontosabb, elmondják, hogy az univerzum mennyire homogén volt, amikor a jelenlegi korának csupán 0,003% -a volt. A válasz az, hogy a legsűrűbb régió csak 0,01% -kal volt sűrűbb, mint a legkevésbé sűrű régió. Más szavakkal, a sötét anyag homogén állapotban indult ki, és az idő előrehaladtával összeállt.
Az egészet összerakva arra a következtetésre jutunk, hogy a sötét anyagnak úgy kell viselkednie, mint egy folyadék, amely betölti az univerzumot. Ennek a folyadéknak elhanyagolható nyomása és viszkozitása van, reagál a sugárzási nyomásra, nem ütközik fotonokkal vagy közönséges anyaggal, hidegen és nem relatív módon született, és saját gravitációjának hatására idővel összegyűlt. Ez határozza meg a struktúrák kialakulását az Univerzumban a legnagyobb skálán. Nagyon heterogén, és heterogenitásának nagysága idővel növekszik.
Íme, mit mondhatunk róla nagy léptékben, mivel ezek a megfigyelésekhez kapcsolódnak. Kis méretben csak azt feltételezhetjük, hogy nem teljesen biztos, hogy a sötét anyag olyan részecskékből áll, amelyek tulajdonságai miatt ez így viselkedik nagy léptékben. Ennek feltételezése azért van, mert az univerzum, amennyire tudjuk, a magjában részecskékből áll, ennyi. Ha anyag vagy, ha van tömege, kvantumanalógja, akkor óhatatlanul egy bizonyos részecskékből kell állnia. Amíg azonban nem találtuk meg ezt a részecskét, nincs jogunk kizárni más lehetőségeket: például azt, hogy ez valamiféle folyékony mező, amely nem részecskékből áll, hanem a téridőt úgy befolyásolja, ahogyan a részecskéknek kellene.
Ezért olyan fontos a sötét anyag közvetlen felderítése. Elméletileg lehetetlen megerősíteni vagy cáfolni a sötét anyag alapvető összetevőjét, csak a gyakorlatban, megfigyelésekkel alátámasztva. Úgy tűnik, hogy a sötét anyagnak semmi köze a sötét energiához.
Részecskékből áll? Amíg nem találjuk őket, csak találgatni tudunk. Az univerzum kvantum természetben nyilvánul meg, amikor az anyag bármilyen más formájáról van szó, ezért ésszerű feltételezni, hogy a sötét anyag ugyanaz lenne.
Ilya Khel