Çfarë është lënda e zezë? teoria e materies së errët

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-02-12 12:51

Cila erdhi e para: veza apo pula? Shkencëtarët në mbarë botën kanë luftuar me këtë pyetje të thjeshtë për dekada. Një pyetje e ngjashme lind për atë që ishte në fillim, në momentin e krijimit të Universit. Por a ishte ky krijim, apo universet janë ciklike apo të pafundme? Çfarë është lënda e zezë në hapësirë dhe si ndryshon ajo nga lënda e bardhë? Duke hedhur mënjanë llojet e ndryshme të fesë, le të përpiqemi t'u qasemi përgjigjeve të këtyre pyetjeve nga pikëpamja shkencore. Gjatë viteve të fundit, shkencëtarët kanë arritur të bëjnë të pamendueshmen. Ndoshta për herë të parë në histori, llogaritjet e fizikantëve teorikë ranë dakord me llogaritjet e fizikantëve eksperimentalë. Disa teori të ndryshme i janë paraqitur komunitetit shkencor gjatë viteve. Pak a shumë saktë, në mënyra empirike, ndonjëherë pothuajse-shkencore, megjithatë, të dhënat e llogaritura teorike u konfirmuan megjithatë nga eksperimentet, disa madje edhe me një vonesë prej më shumë se një duzinë vjetësh (bozoni Higgs, për shembull).

Materie e errët - energji e zezë

Ka shumë teori të tilla, për shembull: Teoria e fijeve, Teoria e Big Bang-ut, Teoria e Universit Ciklik, Teoria e Universit Paralel, Dinamika e Modifikuar Njutoniane (MOND), F. Hoyle dhe të tjerët. Sidoqoftë, aktualisht, teoria e një Universi që zgjerohet dhe evoluon vazhdimisht konsiderohet përgjithësisht e pranuar, tezat e të cilit përshtaten mirë në kuadrin e konceptit të Big Bengut. Në të njëjtën kohë, pothuajse empirikisht (d.m.th., empirikisht, por me toleranca të mëdha dhe bazuar në teoritë ekzistuese moderne të strukturës së mikrokozmosit), u morën të dhëna se të gjitha mikrogrimcat e njohura për ne përbëjnë vetëm 4.02% të vëllimit të përgjithshëm të gjithë përbërjen e Universit. Ky është i ashtuquajturi "koktej baryon", ose materia barionike. Sidoqoftë, pjesa më e madhe e Universit tonë (më shumë se 95%) janë substanca të një plani, përbërjeje dhe vetive të ndryshme. Kjo është e ashtuquajtura materia e zezë dhe energjia e zezë. Ata sillen ndryshe: ata reagojnë ndryshe ndaj llojeve të ndryshme të reagimeve, nuk fiksohen nga mjetet teknike ekzistuese dhe shfaqin veti të paeksploruara më parë. Nga kjo mund të konkludojmë se ose këto substanca u binden ligjeve të tjera të fizikës (fizika jo-njutoniane, një analog verbal i gjeometrisë jo-Euklidiane), ose niveli ynë i zhvillimit të shkencës dhe teknologjisë është vetëm në fazën fillestare të formimit të saj.

Çfarë janë barionet?

Sipas modelit aktual kuark-gluon të ndërveprimeve të forta, ekzistojnë vetëm gjashtëmbëdhjetë grimca elementare (dhe zbulimi i fundit i bozonit Higgs e konfirmon këtë): gjashtë lloje (shije) kuarkesh, tetë gluone dhe dy bozone. Barionet janë grimca të rënda elementare me një ndërveprim të fortë. Më të famshmit prej tyre janë kuarkët, protonet dhe neutronet. Familjet e substancave të tilla, të ndryshme nërrotullimi, masat, "ngjyra" e tyre, si dhe numrat e "magjesisë", "çuditshmërisë", janë pikërisht blloqet ndërtuese të asaj që ne e quajmë materie barionike. Lënda e zezë (e errët), e cila përbën 21.8% të përbërjes totale të Universit, përbëhet nga grimca të tjera që nuk lëshojnë rrezatim elektromagnetik dhe nuk reagojnë me të në asnjë mënyrë. Prandaj, për vëzhgimin e drejtpërdrejtë të paktën, dhe aq më tepër për regjistrimin e substancave të tilla, është e nevojshme që fillimisht të kuptohet fizika e tyre dhe të bihet dakord për ligjet të cilave ata u binden. Shumë shkencëtarë modernë po e bëjnë këtë aktualisht në institutet kërkimore anembanë botës.

Opsioni më i mundshëm

Cilat substanca konsiderohen si të mundshme? Për të filluar, duhet të theksohet se ekzistojnë vetëm dy opsione të mundshme. Sipas GR dhe SRT (General and Special Relativiteti), për sa i përket përbërjes, kjo substancë mund të jetë si barion ashtu edhe lëndë e errët (e zezë) jo-barion. Sipas teorisë kryesore të Big Bengut, çdo lëndë ekzistuese përfaqësohet në formën e barioneve. Kjo tezë është vërtetuar me saktësi jashtëzakonisht të lartë. Aktualisht, shkencëtarët kanë mësuar të kapin grimcat e formuara një minutë pas shpërthimit të singularitetit, domethënë pas shpërthimit të një gjendjeje super të dendur të materies, me një masë trupore që priret në pafundësi dhe dimensionet e trupit që priren në zero. Skenari me grimcat e barionit është më i mundshmi, pasi prej tyre përbëhet Universi ynë dhe përmes tyre vazhdon zgjerimi i tij. lëndë e zezë,sipas këtij supozimi, ai përbëhet nga grimca themelore të pranuara përgjithësisht nga fizika njutoniane, por për disa arsye që bashkëveprojnë dobët në një mënyrë elektromagnetike. Kjo është arsyeja pse detektorët nuk i zbulojnë ato.

Nuk po shkon aq mirë

Ky skenar i përshtatet shumë shkencëtarëve, por ka ende më shumë pyetje sesa përgjigje. Nëse materia e zezë dhe e bardhë përfaqësohen vetëm nga barionet, atëherë përqendrimi i barioneve të lehta si përqindje e atyre të rënda, si rezultat i nukleosintezës parësore, duhet të jetë i ndryshëm në objektet fillestare astronomike të Universit. Dhe eksperimentalisht, prania në galaktikën tonë e një numri të mjaftueshëm të ekuilibrit të objekteve të mëdha gravitacionale, si vrimat e zeza ose yjet neutron, nuk është zbuluar për të balancuar masën e aureolës së Rrugës sonë të Qumështit. Megjithatë, të njëjtat yje neutron, halo të errëta galaktike, vrimat e zeza, xhuxhët e bardhë, të zinj dhe kafe (yje në faza të ndryshme të ciklit të tyre jetësor), ka shumë të ngjarë, janë pjesë e materies së errët nga e cila përbëhet materia e errët. Energjia e zezë mund të plotësojë gjithashtu mbushjen e tyre, duke përfshirë objekte hipotetike të parashikuara si yjet preon, kuark dhe Q.

Kandidatët jo-barionikë

Skenari i dytë nënkupton një origjinë jo-barionike. Këtu, disa lloje grimcash mund të veprojnë si kandidatë. Për shembull, neutrinot e lehta, ekzistenca e të cilave tashmë është vërtetuar nga shkencëtarët. Megjithatë, masa e tyre, në rendin nga një e qindta në njëdhjetëmijë eV (elektron-Volt), praktikisht i përjashton ato nga grimcat e mundshme për shkak të paarritshmërisë së densitetit të nevojshëm kritik. Por neutrinot e rënda, të çiftëzuara me leptonët e rëndë, praktikisht nuk manifestohen në ndërveprime të dobëta në kushte normale. Neutrinot e tilla quhen sterile; me masën e tyre maksimale deri në një të dhjetën e eV, ato kanë më shumë gjasa të jenë kandidatë për grimcat e materies së errët. Aksione dhe kozmionë janë futur artificialisht në ekuacionet fizike për të zgjidhur problemet në kromodinamikën kuantike dhe në modelin standard. Së bashku me një grimcë tjetër supersimetrike të qëndrueshme (SUSY-LSP), ata mund të kualifikohen si kandidatë, pasi nuk marrin pjesë në ndërveprime elektromagnetike dhe të forta. Megjithatë, ndryshe nga neutrinot, ato janë ende hipotetike, ekzistenca e tyre ende duhet të vërtetohet.

Teoria e materies së zezë

Mungesa e masës në Univers krijon teori të ndryshme mbi këtë pikë, disa prej të cilave janë mjaft të qëndrueshme. Për shembull, teoria se graviteti i zakonshëm nuk është në gjendje të shpjegojë rrotullimin e çuditshëm dhe jashtëzakonisht të shpejtë të yjeve në galaktikat spirale. Me shpejtësi të tilla, ata thjesht do të fluturonin jashtë saj, nëse jo për një lloj force mbajtëse, e cila ende nuk është e mundur të regjistrohet. Teza të tjera teorish shpjegojnë pamundësinë e marrjes së WIMP-ve (grimca masive që ndërveprojnë në mënyrë të dobët - partnerë të nëngrimcave elementare, supersimetrike dhe super të rënda - pra, kandidatë idealë) në kushte tokësore, pasi ato jetojnë në dimensionin n, i cili është i ndryshëm nga tre- një dimensionale. Sipas teorisë Kaluza-Klein, matje të tilla nuk janë të disponueshme për ne.

Yje në ndryshim

Një teori tjetër përshkruan se si yjet e ndryshueshëm dhe materia e zezë ndërveprojnë me njëri-tjetrin. Shkëlqimi i një ylli të tillë mund të ndryshojë jo vetëm për shkak të proceseve metafizike që ndodhin brenda (pulsimi, aktiviteti kromosferik, nxjerrja e theksuar, derdhjet dhe eklipset në sistemet binare të yjeve, shpërthimi i supernovës), por edhe për shkak të vetive anormale të materies së errët.

WARP drive

Sipas një teorie, materia e errët mund të përdoret si lëndë djegëse për motorët nënhapësirë të anijeve kozmike që veprojnë në teknologjinë hipotetike WARP (WARP Engine). Potencialisht, motorë të tillë lejojnë që anija të lëvizë me shpejtësi që tejkalojnë shpejtësinë e dritës. Teorikisht, ata janë në gjendje të përkulin hapësirën para dhe pas anijes dhe ta lëvizin atë në të edhe më shpejt se sa përshpejtohet një valë elektromagnetike në vakum. Vetë anija nuk përshpejtohet në nivel lokal - vetëm fusha hapësinore përpara saj është e përkulur. Shumë histori fantazi përdorin këtë teknologji, si saga Star Trek.

Rritja në kushtet tokësore

Përpjekjet për të gjeneruar dhe përftuar lëndë të zezë në tokë nuk kanë qenë ende të suksesshme. Aktualisht, eksperimentet po kryhen në LHC (Large Andron Collider), pikërisht aty ku u regjistrua për herë të parë bozoni Higgs, si dhe në të tjerë, më pak të fuqishëm, përfshirë përplasësit linearë në kërkim tëpartnerë të qëndrueshëm, por elektromagnetikisht të dobët të grimcave elementare. Megjithatë, as photino, as gravitino, as higsino, as sneutrino (neutralino), as WIMP të tjera nuk janë marrë ende. Sipas një vlerësimi paraprak të kujdesshëm të shkencëtarëve, për të marrë një miligram lëndë të errët në kushte tokësore, nevojitet ekuivalenti i energjisë së konsumuar në Shtetet e Bashkuara gjatë vitit.