Әлемді құрайтын заттардың көпшілігі біздің көзімізден сенімді түрде жасырылады.

Біздің басымызда галактика құрылымының визуалды көрінісін жасай отырып, біз алдымызда қара ғарыштық бос кеңістікте айналатын жұлдыздардың спиральдарын көреміз. Өте қуатты телескоптың көмегімен біз спиральды галактикалардың қолдарын құрайтын жекелеген жұлдыздарды көре аламыз, өйткені олар жеткілікті жарық пен басқа толқындар шығарады. Біз сондай -ақ галактикалар ішіндегі қараңғы аймақтарды «көре» алатын едік - жарық шығармайтын, сіңіретін жұлдызаралық шаң мен газдың бұлттары.

Алайда, 20 ғасырдың ішінде астрофизиктер біртіндеп галактикалардың көрінетін және таныс суреттерінде Әлемде бар заттардың 10% -ынан аспайтыны туралы қорытындыға келді. Әлемнің 90% -ға жуығы материядан тұрады, оның формасы біз үшін жұмбақ болып қала береді, өйткені біз оны бақылай алмаймыз, және бұл қараңғы материяның жиынтығы деп аталады қараңғы зат... (Кейде олар жетіспейтін масса туралы да айтады, бірақ бұл терминді жақсы деп атауға болмайды, өйткені бұл терминологияда оны артық деп атаған дұрыс болар еді.) 1933 жылы мұндай құпия ашуларды алғаш рет швейцар астрономы Фриц Цвикки айтқан (Фриц Цвики, 1898-1974). Ол Вероника кома шоқжұлдызындағы галактикалар кластері осы галактика кластерінің құрамындағы заттардың айқын массасына негізделгеннен гөрі әлдеқайда күшті гравитациялық өріспен бірігіп орналасқан сияқты. Әлемнің осы аймағында орналасқан заттар бізге көрінбейді.

1970 жылдары Карнеги институтының зерттеушісі Вера Рубин (Вашингтон) галактикалар динамикасын зерттеді, олардың орталықтарының айналу жылдамдығымен, ең алдымен олардың шетіндегі заттардың мінез -құлқымен. Барлық параметрлер бойынша, жұлдыздары арасындағы ең жеңіл газдың, яғни атомдарының теориялық тұрғыдан, микроскопиялық спутниктер торына оралуы тиіс сутектің маңызды массалары тез айналатын галактикалардың шетіне шығарылуы керек еді. центрифуга принципі. Мысал ретінде біздің Күн жүйесін қарастырайық. Оның негізгі бөлігі орталықта (Күнде) шоғырланған; планета орталықтан алыстаған сайын оның айналасында айналу кезеңі соғұрлым ұзағырақ болады. Мысалы, Юпитер Күннің айналасында жыл сайынғы толық айналымды аяқтау үшін Жерге он бір жыл қажет, өйткені ол Күннен әлдеқайда алшақ орбитада және бір жылдық циклде ұзақ жолды ғана емес, сонымен бірге баяу қозғалады. ( см.Кеплер заңдары). Дәл осылай, егер спиральды галактикадағы барлық заттар қолында шоғырланған болса, онда біз көзге көрінетін жұлдыздарды байқайтын болсақ, онда атомдалған сутегі атомдары, Кеплердің үшінші заңына бағынып, галактикалық массаның орталығынан алыстаған сайын баяу қозғалатын болады. Рубин, алайда, галактиканың ортасынан кез келген қашықтықта сутектің тұрақты жылдамдықпен қозғалатынын эксперименталды түрде анықтай алды. Сіз оны қандай да бір көрінбейтін заттан тұратын алып айналатын сфераға «жабыстырылған» деп ойлауыңыз мүмкін.

Енді біз қараңғы материяның галактикаларда ғана емес, бүкіл Ғаламда, оның ішінде галактикааралық кеңістікте көрінбейтін түрде болатынын білеміз. Біз білмейтін нәрсе - ол табиғатОның бір бөлігі өз радиациясын шығармайтын қарапайым аспан денелері болуы мүмкін, мысалы, Юпитер сияқты массивті планеталар. Олардың бар екендігі жақын орналасқан галактикалардағы жұлдыздардың жарықтығын бақылау нәтижелерімен расталады, оларда кейде «төмендеу» байқалады, бұл олардың бізге келу жолында сәулелер жолында үлкен планеталардың өтуі кезінде жартылай тұтылуына жатқызылуы мүмкін. Іс жүзінде байқалатын диапазонда өзіндік радиациялық энергияға ие болмайтын жұлдызаралық тұтылу денелерінің болуын расталған деп санауға болады - олар «жаппай жинақы гало объектілері» деп аталады.

Алайда, ғалымдардың басым көпшілігі Әлемнің көрінбейтін материясының массасы қарапайым аспан денелері мен бізден жасырылған атомдалған заттардың массасымен шектелмейді, бірақ оған әлі ашылмаған түрлердің жалпы массасын қосуға бейім екендігімен келіседі. элементар бөлшектер. Олар әдетте аталады әлсіз өзара әрекеттесудің массивті бөлшектері (MSWP).Олар жарықпен және басқа электромагниттік сәулеленумен өзара әрекеттесуде ешнәрсе көрсетпейді. Олардың бүгінгі іздеуі - бұл «жарқыраған эфирді» іздестірудің жаңартылуы. см.Мишельсон-Морли эксперименті). Егер біздің Галактика шынымен де барлық жағынан MChSV сфералық конвертін киген болса, Жер қозғалысына байланысты үнемі оған енетін «жасырын бөлшектер желінің» әсерінде болуы керек. ең тыныш ауа райында автокөлікті қарсы ауа ағындары үрлейді. Ерте ме, кеш пе, мұндай «қараңғы желдің» бөлшектерінің бірі жер атомдарының бірімен әрекеттесіп, оны тыныштықта болатын сезімтал құрылғы арқылы тіркеуге қажетті тербелістерді қоздырады. Мұндай эксперименттер жүргізетін зертханалар қазірдің өзінде ұқсас сериялы аномальды оқиғалар туралы сигналдарды тіркеу жиілігінің алты айлық тербелістің нақты болуын растайтын алғашқы кеңестер алынғанын хабарлайды. күтуге болады, өйткені Жер жарты жыл бойы жасырын бөлшектердің желіне айналады.

MChSV - әдетте аталатынның мысалы қараңғы суық затөйткені олар ауыр және баяу. Олар Ғаламның алғашқы кезеңінде галактикалардың пайда болу кезеңінде маңызды рөл атқарды деп болжанады. Кейбір ғалымдар, ең болмағанда, қараңғы заттардың кейбіреулері, мысалы, нейтрино сияқты, тез әсер ететін, өзара әрекеттесетін бөлшектердің күйінде болады деп есептейді. ыстық қараңғы зат.Мұндағы басты мәселе мынада: атомдар пайда болғанға дейін, яғни үлкен жарылыстан кейінгі алғашқы 300 000 жыл ішінде ғалам протоплазмалық күйде болды. Бізге таныс кез келген зат ядросы ыстық, өте мөлдір емес плазманың қызып кеткен бөлшектерінің жанынан бомбалаудың ең қуатты энергиясының әсерінен пайда болуға уақыт болмай ыдырады. Ғарыш материяны бөлетін кеңістіктің мөлдірлігіне дейін кеңейгеннен кейін ақыры жеңіл атом ядролары пайда бола бастады. Бірақ, өкінішке орай, осы уақытқа дейін Әлемнің тартылу күші соншалықты кеңейіп кетті істей алмадымқарсы күресу кинетикалық энергиясын шашыраудың фрагменттері үлкен жарылыс, және барлық материя, керек еді шашыраңқы, алдын алу қалыптасуына тұрақты галактикалар. Бұл деп аталатын болды галактикалық парадокс, Үлкен жарылыс теориясына күмән келтіреді.

Алайда, егер көлемдік үлкен жарылыстың бүкіл кеңістігінде кәдімгі зат қараңғы заттың жасырын бөлшектерімен араласса, жарылыстан кейін ашық затпен араласқан қараңғы зат шектеу элементі бола алады. Көптеген жасырын ауыр бөлшектердің болуына байланысты, ол алғаш рет гравитациялық тартылыс күштерінің әсерінен галактикалардың болашақ ядроларына тартылды, олар өзара әрекеттесудің болмауына байланысты тұрақты болып шықты. MHPM және жарылыстың қуатты центрге тартылған энергиясы. Осылайша, атом ядроларының пайда болу уақытында қараңғы заттар галактикалар мен галактикалар кластерлеріне айналып үлгерді, ал гравитациялық өрістің әсерінен оларға қарапайым заттардың бөлінген элементтері жинала бастады. Бұл модельде кәдімгі заттар құрғақ жапырақтар сияқты тез ағып жатқан өзеннің қараңғы беткейінде құйындыға сіңген қара заттардың үйінділеріне тартылады. Ойланатын нәрсе бар емес пе? Біз ғана емес, біздің бүкіл галактикамыз және барлық көрінетін материалдық әлем жасырынатын әмбебап ойынның бетінде көбік болып шығуы мүмкін.

Вера Купер Рубин, б. 1928 ж

Американдық астроном. Ол Филадельфияда дүниеге келген. Ол білім мен докторлықты Джорджтаун университетінде (Вашингтон, АҚШ) алды. 1954 жылдан бастап ол Вашингтондағы Карнеги институтында жұмыс істейді, галактикалардың құрылымын, ең алдымен спиральды, әсіресе қолдарының құрылысы мен қозғалысын зерттейді. Ол спиральды галактикалардың қолдарындағы кеңейтілген газ бұлттарының айналу жылдамдығы орталықтан алыстаған сайын төмендемейтінін, керісінше, өсетінін анықтады, және бұл бізге қараңғылықтың бар екендігінің алғашқы сенімді растауын береді. жеке галактикалардағы зат.

Қараңғы затҒалам - оны ешкім көрмеді, өлшемеді, ешкім бұл не екенін білмейді, бірақ бар қараңғы затфизиктер мен астрофизиктердің негізгі үлесі талап етіледі. Өйткені қараңғы материя болмаса, астрофизиктер Ғаламдағы көптеген процестерді түсіндіре алмайды.

Яғни не қараңғы материя бар, не біздің Ғалам мүлде басқаша орналасқан және физикалық теорияларды қайта қарау қажет. Әрине, астрономдарға қараңғы заттың бар екенін қабылдаған ыңғайлы. Біріншіден, бұл математика тұрғысынан ыңғайлы. Екіншіден, академиктерге қате есептеулерді мойындаудың қажеті жоқ. Бірақ мен бұл туралы айтып отырған жоқпын ... 🙂

Теріске шығаратын бүлікшілер дұрыс па? қараңғы материяның болуы- уақыт көрсетеді. Мен жеке зерттеулердің тоқтап қалмайтынына, физикалық теориялардың догмаға айналмағаны үшін қуаныштымын. Өйткені мен соңғы елу жыл ішінде іргелі ғылымда байқалған тоқыраудың серпілісін көргім келеді ... ішкі кеңістік секірмейді, уақыт машинасы болмайды ... 🙂

Ал енді таспаны қарап отырып, мен қараңғы материяның болуын жоққа шығару тақырыбындағы бірден екі тәуелсіз хабарды кездестірдім.

Санкт -Петербург астрономдары Николай мен Елена Питьев соңғы 100 жылда Күн жүйесіндегі денелердің қозғалысын 677 мың рет өлшеу деректерін талдады. Бұл Жер бетінен де, ғарыш аппараттарынан да өлшеу деректері. Планеталардың қозғалысы, олардың ірі спутниктері мен 301 астероидтардың траекториясы зерттелді. Петербург астрономдарының қорытындылары бойынша қараңғы зат Күн жүйесінің зерттелген денелерінің қозғалысына әсер етпейді. Кем дегенде, бұл әсер өлшеу мен есептеу қателіктерінен аспайды.
Менің түсінуімше, егер мұндай денелердің өлшенген траекторияларын олардың массасы мен жылдамдығына негізделген, яғни қараңғы материяның әсерін есепке алмайтын траекториялармен салыстыратын болсақ, мұндай ауытқулар болуы керек. .
Мақала әлі ресми түрде жарияланған жоқ, бірақ алдын ала басылымдар бар және ол «Астрономиялық журналға хатқа» жариялануға қабылданды.

Екінші жұмысты Сент -Эндрюс университетінің астрономы доктор Хонгшен Чжао жасады. Ол өзгертілген MOND ауырлық теориясын біздің Құс жолы галактикасының серіктерімен және галактикаларымен қозғалысына қолданды. MOND 1983 жылы Вейзман институтының Мордечаи Милгром ұсынған және гравитацияның мінез -құлқын Ньютон мен Эйнштейн теорияларына қарағанда басқаша сипаттайды. Осы уақытқа дейін оның дұрыстығына сенімді дәлел болған жоқ.

Доктор Чжао зерттеулеріне сәйкес, бұл екі галактика астрономдар болжағандай үш миллиард жыл бұрын соқтығысқан жоқ, бірақ әлдеқайда ертерек - он миллиард жыл бұрын. Егер Ньютон мен Эйнштейннің классикалық теориялары дұрыс болса, онда сол кездегі галактикалар бір супергалактикаға бірігеді және соқтығысқаннан кейін ұшып кетпейді.
Болады деп қараңғы зат жоқ, содан кейін оның зерттеулеріне сәйкес, біздің галактикалар неліктен соқтығысып, қайтадан шашырап, ергежейлі спутниктік галактикалар түрінде «фрагменттерін» басқа жаққа шашып тастайтыны түсінікті болады. Қараңғы материяның үлкен массасы біздің галактикаларды бір жерге жабыстырады және олардың шашырауына жол бермейді.
Айтпақшы, классикалық теориялар ергежейлі галактикалардың Құс жолы мен Андромеда төңірегіндегі таралу ерекшеліктерін түсіндіре алмайды.

• Аударма

Көзге көрінбейтін өркениет сіздің мұрныңыздың астында болуы мүмкін

Кәдімгі зат Әлем энергиясының 1/20 бөлігіне және зат тасымалдайтын энергияның 1/6 бөлігіне ғана жауап беретінін білсек те (және қалғандары қара энергия есебінен жұмсалады), біз қарапайым материяны өте маңызды деп санаймыз. маңызды компонент. Космологтарды қоспағанда, адамдардың барлығы дерлік кәдімгі затқа шоғырланған, дегенмен энергетикалық тұрғыдан алғанда, бұл соншалықты маңызды емес.

Кәдімгі зат бізге қымбатырақ, әрине, өйткені біз одан жаратылғанбыз - біз өмір сүріп жатқан бүкіл материалдық әлем сияқты. Бірақ біз оған қызығушылық танытамыз, өйткені оның қарым -қатынасы бай. Кәдімгі заттардың өзара әсерлесуіне электромагниттік, әлсіз және күшті жатады - олар затқа күрделі тығыз жүйелер құруға көмектеседі. Жұлдыздар ғана емес, сонымен қатар тау жыныстары, мұхиттар, өсімдіктер мен жануарлар өзара әрекеттесуге жауап беретін табиғаттың гравитациялық емес күштерінің арқасында өмір сүреді. Пивоға сыраның басқа компоненттеріне қарағанда алкоголь көбірек әсер ететіні сияқты, кәдімгі заттар да энергия тығыздығының аз ғана бөлігін алып жүрсе де, өзіне және қоршаған ортаға жай өтіп бара жатқан нәрсеге қарағанда айтарлықтай әсер етеді.

Бізге таныс көрінетін материяны артықшылықты пайыз ретінде қарастыруға болады - дәлірек айтқанда, 15%. Бизнесте және саясатта адамдардың 1% шешімдер мен ережелерге әсер етеді, ал қалған 99% тұрғындар инфрақұрылым мен қолдау көрсетеді - ғимараттарды күтіп ұстау, қалалардың жұмысын қамтамасыз ету, азық -түлік жеткізу. Дәл осылай қарапайым зат біз байқайтын барлық нәрсеге әсер етеді, ал қараңғы материя өзінің көптігі мен көптігінде кластерлер мен галактикаларды құруға көмектеседі, жұлдыздардың пайда болуын қамтамасыз етеді, бірақ біздің қоршаған ортаға аз әсер етеді.

Бізге жақын құрылымдар қарапайым заттармен басқарылады. Ол біздің денеміздің қозғалысына, экономикамызды қоректендіретін энергия көздеріне, сіз оқитын компьютер экранына немесе қағазға және сіз елестете алатын барлық нәрсеге жауап береді. Егер бір нәрсе өзара әсерлесе, оны өлшеуге болады, бұл біздің қоршаған ортаға әсер етуі мүмкін болғандықтан назар аударарлық.

Әдетте, қараңғы материяда мұндай қызықты әсер мен құрылым болмайды. Қараңғы зат галактикалар мен олардың кластерлерін аморфты бұлттарда ұстайтын желім деп есептеледі. Бірақ егер бұлай болмаса және біздің қате түсініктеріміз тек біздің бейтараптылық пен надандықтың негізі болса ше?

Стандартты модельде кварктардың алты түрі, зарядталған лептондардың үш түрі (электронды қосқанда), нейтринодың үш түрі, барлық күштерге жауапты бөлшектер және жаңадан табылған Хиггс бозоны бар. Егер қараңғы материя әлемі онша емес, әр түрлі болса ше? Бұл жағдайда қараңғы материяның өзара әрекеттесуі шамалы болады, бірақ оның кішкене бөлігі қарапайым заттың күшіне ұқсайтын күштермен өзара әрекеттеседі. Стандартты модельдің бөлшектері мен күштерінің бай және күрделі құрылымы көптеген қызықты құбылыстарға жауап береді. Егер қараңғы материяда өзара әрекеттесетін компонент болса, ол да әсер етуі мүмкін.

Егер біз қараңғы материядан тұратын жаратылыс болсақ, қарапайым заттың барлық бөлшектері бірдей деп сену қате болар еді. Мүмкін кәдімгі материядан жасалған адамдар дәл осындай қателікке бой алдыруы мүмкін. Бізге белгілі заттың ең қарапайым компоненттерін сипаттайтын SM бөлшектер физикасының күрделілігін ескере отырып, барлық қараңғы материя бөлшектердің тек бір түрінен тұрады деп ойлау біртүрлі болып көрінеді. Неліктен оның бір бөлігі өзінің жеке әсеріне бағынады деп ойламасқа?

Бұл жағдайда кәдімгі зат әр түрлі бөлшектерден тұратыны сияқты және бұл негізгі құрамдас бөліктер зарядтардың әр түрлі комбинациясы арқылы өзара әрекеттесетіні сияқты, қараңғы материяның да әр түрлі құрамды бөліктері болады - және мұндай бөлшектердің кем дегенде бір түрі бұл заттарға қатыспайды. гравитациялық әсерлесу ... SM нейтриноға кварктардың алты түрінен айырмашылығы, электр күші немесе күшті әсерлесу әсер етпейді.

Сол сияқты, бәлкім, қара зат бөлшектерінің бір түрі әлсіз әрекеттеседі немесе ауырлық күшінен басқа ешнәрсемен әрекеттеспейді, бірақ бөлшектердің шамамен 5% -ы басқа әсерлесулерге ұшырайды. Кәдімгі материяны зерттеуге сүйене отырып, бұл опция әлсіз өзара әрекеттесетін бір бөлшектің болуы туралы әдеттегі болжамнан гөрі ықтимал деп айта аламыз.

Шетелдік пиармен айналысатын адамдар басқа елдің мәдениетін дамытуға тырысады және өз еліне түсінікті әртүрлілік болуы мүмкін екенін елемейді. Жақсы келіссөз жүргізуші әр түрлі мәдениеттерді салыстыруға тырысқанда қоғамның бір секторының екіншісінен басым болуын қабылдамайтыны сияқты, бейтарап ғалым да қараңғы материя қарапайым зат сияқты қызықты емес және оған әр түрлі заттар жетіспейді деп ойламауы керек, сол сияқты бізде де бар.

Ғылыми -популярлық жазушы Кори Пауэлл Discover журналында жүргізген зерттеулерімізді баяндап, оның «жеңіл зат шовинисті» екенін және біз бәріміз де солай деп бастады. Ол біз білетін мәселе маңызды, сондықтан күрделі әрі қызықты деп ойлайтынымызды білдірді. Өте ұқсас көзқарастар Коперник төңкерісімен жойылды. Бірақ адамдардың көпшілігі олардың көзқарасы мен біздің маңыздылығымызға сенімі нақты әлемге сәйкес келеді деп талап етеді.

Қарапайым материяның көптеген компоненттері әр түрлі әсер етеді және әлемге әр түрлі әсер етеді. Мүмкін, қараңғы затта ғаламның құрылымына өлшенетін түрде әсер ететін әр түрлі мінез -құлықтары бар әр түрлі бөлшектер болуы мүмкін.

Мен алғаш рет ішінара өзара әрекеттесетін қараңғы материяны зерттей бастаған кезде, мені таңқалдырды, тек қарапайым заттарда бөлшектер мен өзара әрекеттесудің алуан түрін көрсетеді деген болжам тек тәкаппарлықтан адасушылық деп ойламады. Кейбір физиктер қараңғы зат қарапайымға тән нәрсенің бәрін қайталайтын «спекуляциялық қара зат» сияқты модельдерді талдауға тырысты. Бірақ мұндай мысалдар экзотикалық. Олардың салдарын біз білетін нәрсемен біріктіру қиын.

Бірнеше физиктер қараңғы заттардың өзара әрекеттесуінің коммуникативтік модельдерін зерттеді. Бірақ олар сонымен қатар барлық қараңғы материя бірдей және өзара әрекеттеседі деп ойлады. Қараңғы материяның көпшілігі қарапайым затпен әрекеттеспесе де, оның кішкене бөлігі мұны істей алады деген қарапайым мүмкіндікке ешкім жол бермеді.

Мұның бір себебі түсінікті. Көптеген адамдар қараңғы материяның жаңа түрі байқалатын құбылыстардың көпшілігіне әсер етпейді деп ойлайды, егер ол қара материяның аз ғана бөлігі болса. Біз әлі күнге дейін қараңғы материяның ең маңызды компонентін байқай алмадық және оның кішкене компонентімен күресуге әлі ерте сияқты.

Бірақ егер сіз есіңізде болса, қарапайым зат қараңғы энергияның 20% ғана тасымалдайды, ал көпшілігіміз оны байқаймыз, бұл логиканың қай жерде қате екенін түсінуге болады. Гравитациялық емес күшті күштер арқылы әрекеттесетін заттар әлсіз өзара әрекеттесетін заттарға қарағанда қызықты әрі әсерлі болуы мүмкін.

Кәдімгі затта да солай. Ол шамадан тыс қуатты, өйткені ол жұлдыздар, планеталар, Жер мен тіршілік құра алатын тығыз дискілерге түседі. Қараңғы заттың зарядталған компоненті - бұл онша көп болмаса да - кішірейіп, Құс жолындағы көрінетін диск сияқты дискілерді қалыптастыруы мүмкін. Ол тіпті жұлдыздарға ұқсайтын объектілерге айналуы мүмкін. Негізінде мұндай құрылымды байқауға болады, және, мүмкін, үлкен сфералық галоға шашыраған қарапайым суық қараңғы затқа қарағанда, мұны істеу тіпті оңай.

Осылай ойлай отырып, мүмкіндіктер саны тез өсуде. Ақыр соңында, электромагнетизм-бұл Стандартты модельдің бөлшектері тартатын гравитациялық емес өзара әрекеттестіктің бірі ғана. Ядроларға электрондарды байланыстыратын күштен басқа, SM бөлшектері әлсіз және күшті ядролық әсерлесуді бастан кешіреді. Кәдімгі материя әлемінде басқа өзара байланыстар да болуы мүмкін, бірақ олар бізге қол жетімді энергияға әлсіз болғандықтан, оларды әлі ешкім байқамады. Тіпті үш гравитациялық емес өзара әсердің болуы қараңғы электромагнетизмнен басқа қараңғы секторда болуы мүмкін екенін көрсетеді.

Мүмкін, электромагниттік күштерге ұқсас күштерден басқа, қараңғы затқа да ядролық күштер әсер етеді. Қараңғы жұлдыздар ядролық реакциялар жүретін қараңғы материядан пайда болуы мүмкін, соның арқасында мен осы уақытқа дейін сипаттаған қараңғы заттарға қарағанда қарапайым заттарға ұқсас әрекет ететін құрылымдар пайда болады. Бұл жағдайда қараңғы дискіде қара атомдардан тұратын қараңғы планеталармен қоршалған қара жұлдыздар болуы мүмкін. Қараңғы материяның қарапайым заттар сияқты күрделілігі болуы мүмкін.

Ішінара әрекеттесетін қараңғы заттар алыпсатарлыққа жақсы негіз береді және біз басқаша қарамаған мүмкіндіктерді қарастыруға шабыттандырады. Жазушылар мен кинорежиссерлер қараңғы секторда жасырынып жатқан барлық қосымша күштер мен салдарларды қызықтыруы мүмкін. Олар тіпті біздің өмірімізбен қатар өмір сүретін қараңғы өмірдің болуын болжауы мүмкін. Бұл жағдайда кәдімгі анимациялық тіршілік иелерінің басқа анимациялық тіршілікпен күресудің немесе сирек жағдайларда олармен жұмыс істеудің орнына қараңғы материялардың тіршілік иелері бүкіл әрекетті өздеріне сүйреп апаратын экран арқылы жүре алады.

Бірақ қарау өте қызықты болмас еді. Мәселе мынада, кинорежиссерлер бізге көрінбейтін қараңғы өмірді түсіруге қиналатын еді. Қараңғы жаратылыстар болса да, біз бұл туралы білмес едік. Сіз қараңғы өмірдің қаншалықты сүйкімді екенін білмеуіңіз мүмкін - және сіз білмейсіз.

Қараңғы өмірдің мүмкіндіктері туралы болжау қызықты болғанымен, оны қалай байқау керектігін түсіну әлдеқайда қиын - немесе, ең болмағанда, оның бар екенін жанама дәлелдермен анықтау. Біз сияқты компоненттерден тұратын өмірді табу өте қиын, дегенмен экстразолярлық планеталарды іздеу жүріп жатыр. Бірақ қараңғы өмірдің бар екендігінің дәлелі, егер ол бар болса, алыстағы әлемде қарапайым өмірдің бар екендігінің дәлелінен де қиын болады.

Жақында біз үлкен қара тесіктерден шығатын гравитациялық толқындарды байқай алдық. Бізге қаншалықты жақын болса да, қараңғы жаратылыстың немесе қараңғы жаратылыстардың бүкіл армиясының ауырлығын анықтауға мүмкіндігіміз жоқ.

Ең дұрысы, мен бұл жаңа сектормен қандай да бір түрде байланысқым келеді. Бірақ егер бұл жаңа өмірге бізге таныс күштер әсер етпесе, бұл болмайды. Біз олармен ауырлық күшін бөлісетін болсақ та, бір объектінің немесе тіршілік формасының мұндай әсері анықтау үшін тым әлсіз болар еді. Тек өте үлкен объектілер, мысалы, Құс жолы жазығындағы диск, байқалған әсерлерді шығара алады.

Қараңғы заттар немесе қараңғы өмір бізге өте жақын болуы мүмкін - бірақ егер қара материяның жалпы массасы аз болса, біз бұл туралы білмейміз. Тіпті қазіргі заманғы технологиямен немесе біз елестете алатын кез келген технологиямен тек нақты мүмкіндіктерді тексеруге болады. «Көлеңкелі өмір», қаншалықты қызықты болса да, елеулі салдары болмайды және еліктіретін, бірақ қол жетпейтін мүмкіндік болуы мүмкін. Бірақ қараңғы өмір - бұл өте бос болжам. Ғалымдар оны құруда қиындық көрмейді, бірақ Ғаламда бұл үшін көптеген кедергілер бар. Химиялық өзара әрекеттесу нұсқаларының қайсысы өмірді қолдауға қабілетті екені түсініксіз, және біз бұған қабілетті нұсқалар үшін қандай орта қажет екенін білмейміз.

Соған қарамастан, қараңғы өмір біздің мұрнымыздың астында болуы мүмкін. Бірақ біздің әлемнің мәселесімен күшті қарым -қатынас болмаса, ол көңілді, күресіп, белсенді немесе пассивті болуы мүмкін - және біз бұл туралы ешқашан білмейміз. Бір қызығы, бірақ қараңғы әлемде өзара қарым -қатынас болған кезде, олар өмірге қатысады ма, жоқ па, олар құрылымға әсер етуі мүмкін. Содан кейін біз қараңғы әлем туралы көбірек біле аламыз.

Цикл мақалаларында біз көрінетін Әлемнің құрылымын қарастырдық. Біз оның құрылымы мен осы құрылымды құрайтын бөлшектер туралы айттық. Негізгі рөл атқаратын нуклондар туралы, өйткені олардан барлық көрінетін заттар тұрады. Фотондар, электрондар, нейтрино, сонымен қатар Үлкен жарылыстың 14 миллиард жылынан кейін болатын әмбебап спектакльге қатысатын кіші актерлер туралы. Бұдан басқа ештеңе айтуға болмайтын сияқты. Бірақ бұл олай емес. Шындығында, біз көріп отырған субстанция біздің әлем құрайтын нәрселердің аз ғана бөлігі. Қалғанның бәрі біз білмейтін нәрсе. Бұл жұмбақ «нәрсе» қараңғы материя деп аталады.

Егер заттардың көлеңкесі соңғысының көлеміне тәуелді болмаса,
бірақ олардың ерікті өсуі болады, мүмкін
жақында бүкіл жер шарында бірде -бір жарқын нүкте болмайды.

Козма Прутков

Біздің әлемде не болады?

1929 жылы Эдвард Хаббл алыстағы галактикалар спектрінде қызыл ығысуды тапқаннан кейін, Әлемнің кеңеюі анық болды. Осыған байланысты туындаған сұрақтардың бірі келесі болды: кеңейту қанша уақытқа дейін жалғасады және ол қалай аяқталады? Әлемнің жекелеген бөліктерінің арасында әрекет ететін тартылыс күштері бұл бөліктердің шашырауын бәсеңдетеді. Қандай тежелу әкеледі Әлемнің жалпы массасына байланысты. Егер ол жеткілікті үлкен болса, ауырлық күштері бірте -бірте кеңеюді тоқтатады және оның орнын қысумен ауыстырады. Нәтижесінде, Ғалам ақырында қайтадан кеңейе бастаған нүктеге дейін қайтадан «құлайды». Егер массасы белгілі бір сыни массадан аз болса, онда кеңейту мәңгі жалғасады. Әдетте масса туралы емес, мектеп курсынан белгілі қарапайым қатынаспен тығыздыққа байланысты тығыздық туралы айту әдетке айналған: тығыздық - массаның көлемге бөлінуі.

Ғаламның орташа орташа тығыздығының есептік мәні текше сантиметрге шамамен 10-29 грамм құрайды, бұл орташа есеппен текше метрге бес нуклонға сәйкес келеді. Айта кету керек, біз орташа тығыздық туралы айтып отырмыз. Судағы, жердегі және сендегі мендегі нуклондардың тән концентрациясы текше метрге шамамен 10 30 құрайды. Алайда, галактикалардың бос кластерлерінде және Әлемнің көлемінде арыстан үлесін алып жатқан кезде, тығыздық он шақты дәрежеден төмен. Ғаламның бүкіл көлемінде орташаланған нуклондар концентрациясының мәні әр түрлі әдістермен жұлдыздар мен газ бен шаң бұлттарының санын мұқият есептеп, ондаған және жүздеген рет өлшенді. Мұндай өлшемдердің нәтижелері біршама ерекшеленеді, бірақ сапалық қорытынды өзгермейді: Әлемнің тығыздығының мәні сыни мәннің бірнеше пайызына әрең жетеді.

Сондықтан ХХ ғасырдың 70-ші жылдарына дейін біздің әлемнің мәңгілік кеңеюін болжау жалпы қабылданды, бұл сөзсіз жылу өліміне әкелуі тиіс. Жылу өлімі - бұл жүйенің құрамындағы зат біркелкі бөлінгенде және оның әр түрлі бөліктерінде температура бірдей болғанда. Нәтижесінде энергияның жүйенің бір бөлігінен екіншісіне өтуі де, заттың қайта бөлінуі де мүмкін емес. Мұндай жүйеде ештеңе болмайды және болмайды. Айқын ұқсастық - бұл судың біршама жерге төгілуі. Егер беті біркелкі болмаса және биіктікте шамалы айырмашылықтар болса, су оның бойымен биік жерлерден төменге қарай жылжиды да, ақырында ойпаттарда жиналып, көлшіктер түзеді. Қозғалыс тоқтайды. Тек жылудың өлімі ондаған және жүздеген миллиард жылдарда болатынына өзімді жұбату ғана қалды. Демек, өте ұзақ уақыт бойы бұл қараңғы перспектива туралы ойлануға болмайды.

Алайда, біртіндеп Ғаламның шынайы массасы жұлдыздар мен газ бен шаң бұлттарындағы көрінетін массадан әлдеқайда үлкен екендігі белгілі болды және, мүмкін, сынға жақын. Және, мүмкін, оған тең.

Қараңғы материяның бар екеніне дәлел

Әлемнің массасын есептегенде бірдеңе дұрыс емес екендігінің бірінші белгісі ХХ ғасырдың 30 -шы жылдарының ортасында пайда болды. Швейцария астрономы Фриц Цвики Кома кластеріндегі галактикалардың жылдамдығын өлшеді (және бұл бізге белгілі ірі кластерлердің бірі, ол мыңдаған галактикаларды қамтиды) ортақ орталықты айналады. Нәтиже көңілсіз болды: галактикалардың жылдамдығы кластердің жалпы массасына негізделген күткеннен әлдеқайда жоғары болды. Бұл Кома кластерінің шынайы массасы көрінетін массадан әлдеқайда үлкен екенін білдірді. Бірақ Ғаламның осы аймағында бар заттардың негізгі көлемі, қандай да бір себептермен, тек қана гравитациялық түрде, яғни масса түрінде ғана көрінетін, көрінбейтін және қол жетімсіз болып қала береді.

Галактикалық кластерлерде жасырын массаның болуын гравитациялық линзалау деп аталатын эксперименттер де дәлелдейді. Бұл құбылыстың түсіндірмесі салыстырмалылық теориясынан туындайды. Оған сәйкес кез келген масса кеңістікті деформациялайды және линза сияқты жарық сәулелерінің түзу жолын бұрмалайды. Галактикалар кластерін тудыратын бұрмалау соншалықты үлкен, оны байқау оңай. Атап айтқанда, кластердің артында орналасқан галактика бейнесінің бұрмалануынан линзалар кластеріндегі заттардың таралуын есептеуге және сол арқылы оның жалпы массасын өлшеуге болады. Және бұл әрқашан кластердің көрінетін затының үлесінен бірнеше есе көп екені белгілі болды.

Цвикки жұмысынан 40 жыл өткен соң, 70 -ші жылдары американдық астроном Вера Рубин галактикалардың шетінде орналасқан заттың галактикалық орталығының айналу жылдамдығын зерттеді. Кеплер заңдарына сәйкес (және олар әмбебап тартылыс заңынан туындайды), галактиканың центрінен оның шетіне қарай жылжу кезінде галактикалық объектілердің айналу жылдамдығы қашықтықтың квадрат түбіріне кері пропорционалды түрде төмендеуі керек. орталық. Өлшеулер көрсеткендей, көптеген галактикалар үшін бұл жылдамдық орталықтан өте маңызды қашықтықта тұрақты болып қалады. Бұл нәтижелерді бір ғана жолмен түсіндіруге болады: мұндай галактикалардағы заттың тығыздығы орталықтан жылжытқанда кемімейді, бірақ өзгеріссіз қалады. Көрінетін заттың тығыздығы (жұлдыздар мен жұлдызаралық газда) тез арада галактиканың шетіне қарай түсетіндіктен, жетіспейтін тығыздықты біз қандай да бір себептермен көре алмайтын нәрсемен қамтамасыз етуіміз керек. Айналу жылдамдығының галактикалар орталығына дейінгі қашықтыққа тәуелділігін сандық түсіндіру үшін бұл көрінбейтін «нәрсе» әдеттегі көрінетін заттан шамамен 10 есе үлкен болуы қажет. Бұл «нәрсе» «қара зат» атауын алды (ағылшын тілінде) қараңғы зат») Және әлі күнге дейін астрофизикадағы ең қызықты жұмбақ болып қала береді.

Біздің әлемде қараңғы материяның бар екендігінің тағы бір маңызды дәлелі Үлкен жарылыс басталғаннан кейін шамамен 300 мың жыл бұрын басталған галактикалардың пайда болуын модельдейтін есептеулерден тұрады. Бұл есептеулер жарылудан туындайтын заттың шашыраңқы фрагменттері арасында әрекет еткен гравитациялық тартылыс күштері шашыраудың кинетикалық энергиясын өтей алмайтынын көрсетеді. Зат галактикаларда жиналмауы керек еді, біз оны қазіргі дәуірде де байқаймыз. Бұл мәселе галактикалық парадокс деп аталды және ұзақ уақыт бойы ол Үлкен жарылыс теориясына қарсы маңызды дәлел ретінде қарастырылды. Алайда, егер біз бастапқы Әлемдегі қарапайым заттардың бөлшектері көзге көрінбейтін қараңғы заттардың бөлшектерімен араласқан деп есептесек, онда есептеулерде бәрі өз орнына келеді және ұштары жақындаса бастайды - жұлдыздардан галактикалардың пайда болуы, содан кейін галактикалардан кластерлер пайда болады. мүмкін Сонымен қатар, есептеулер көрсеткендей, бастапқыда галактикаларда қара заттардың көптеген бөлшектері шоғырланған, содан кейін ғана олардың үстіне ауырлық күштерінің әсерінен қарапайым заттардың элементтері жиналған, олардың жалпы массасы тек қана Әлемнің жалпы массасының бірнеше пайызы. Біз жақында түсінікті деп санаған көрінетін әлемнің егжей -тегжейіне дейін таныс және зерттелген болып көрінетін нәрсе - бұл ғалам шын мәнінде тұратын нәрсеге аз ғана қосымша. Планеталар, жұлдыздар, галактикалар, тіпті сіз бен біз - біз білмейтін үлкен «бір нәрсенің» экранымыз.

Фото факт

Галактикалар кластері (шеңбердің төменгі сол жағында) гравитациялық линзаны жасайды. Ол линзаның артында орналасқан заттардың пішінін бұрмалайды - олардың суреттерін бір бағытқа созады. Тартылу шамасы мен бағытына сәйкес, Париж астрофизика институтының ғалымдары бастаған Еуропаның Оңтүстік обсерваториясының астрономдарының халықаралық тобы төменгі суретте көрсетілген жаппай таралуды құрды. Көріп отырғаныңыздай, кластерде телескоппен қарағанда әлдеқайда көп шоғырланған.

Қараңғы массивті объектілерге аң аулау - бұл тез бизнес емес, және нәтиже фотода әсерлі көрінбейді. 1995 жылы Хаббл телескопы Үлкен Магеллан бұлтының жұлдыздарының бірі жарқырап жанатынын байқады. Бұл жарқырау үш айдан астам уақытқа созылды, бірақ содан кейін жұлдыз өзінің табиғи күйіне оралды. Алты жылдан кейін жұлдыздың жанында әрең жарық зат пайда болды. Бұл суық ергежейлі болды, ол жұлдыздан 600 жарық жылы өтіп, жарықты күшейтетін гравитациялық линзаны жасады. Есептер бұл ергежейлінің массасы Күн массасының 5-10% ғана екенін көрсетті.

Ақырында, жалпы салыстырмалылық теориясы Әлемнің кеңею жылдамдығын ондағы заттың орташа тығыздығымен байланыстырады. Орташа қисықтық қисық нөлге тең деген болжам бойынша, яғни Лобачевский емес, эвклидтің геометриясы әрекет етеді (ол сенімді түрде тексерілген, мысалы, реликті сәулемен жүргізілген тәжірибеде), бұл тығыздық 10 -ға тең болуы керек. -текше сантиметрге 29 грамм. Көрінетін заттың тығыздығы шамамен 20 есе аз. Ғаламның 95% жоғалған массасы - қараңғы материя. Ғаламның кеңею жылдамдығымен өлшенетін тығыздық мәні сыни мәнге тең екенін ескеріңіз. Өз бетінше мүлдем басқа жолмен есептелген екі мән бірдей! Егер шын мәнінде Әлемнің тығыздығы сыни мәнге тең болса, бұл кездейсоқ кездейсоқтық болуы мүмкін емес, бұл біздің әлемнің әлі түсінілмеген және түсінілмеген кейбір негізгі қасиеттерінің салдары.

Мынау не?

Ғалам массасының 95% құрайтын қараңғы материя туралы біз бүгін не білеміз? Іс жүзінде ештеңе жоқ. Бірақ біз әлі де бір нәрсені білеміз. Ең алдымен, қараңғы материяның бар екендігіне күмән жоқ - бұл жоғарыда келтірілген фактілермен дәлелденбейді. Біз сондай -ақ қара материяның бірнеше формада болатынын нақты білеміз. Кейін ХХІ ғасырдың басында, эксперименттерде көп жылдық бақылаулар нәтижесінде SuperKamiokande(Жапония) және SNO (Канада), нейтрино массасы бар екендігі анықталды, жасырын массаның 0,3% -дан 3% -на дейін 95% -ы бізге бұрыннан таныс нейтриноға жататыны белгілі болды. олардың массасы өте аз, бірақ олардың саны Әлемде нуклондардың санынан миллиард есе көп: әр текше сантиметрде орта есеппен 300 нейтрино болады. Қалған 92-95% екі бөліктен тұрады - қараңғы зат пен қараңғы энергия. Қараңғы заттың шамалы бөлігі-нуклеондардан тұратын қарапайым бариондық зат; қалғанға жауап ретінде әлсіз өзара әрекеттесетін кейбір белгісіз массивті бөлшектер (суық қара зат деп аталады) жатады. Қазіргі Әлемдегі энергия балансы кестеде берілген, ал оның соңғы үш баған туралы әңгіме төменде көрсетілген.

Бариондық қараңғы зат

Қараңғы заттың кішкене (4-5%) бөлігі-өз сәулесін шығармайтын немесе дерлік шығармайтын қарапайым зат, сондықтан көрінбейді. Мұндай объектілердің бірнеше кластарының болуын эксперименталды түрде расталған деп санауға болады. Сол гравитациялық линзалауға негізделген ең күрделі эксперименттер галактикалық дискілердің шетінде орналасқан жаппай жинақы галобобъектілердің ашылуына әкелді. Бұл бірнеше жылдар бойы миллиондаған алыс галактикаларды бақылауды қажет етті. Қараңғы массивті дене бақылаушы мен алыстағы галактиканың арасында өткенде, оның жарықтығы аз уақытқа төмендейді (немесе қараңғы дене гравитациялық линза ретінде әрекет ететіндіктен жоғарылайды). Ұзақ ізденістер нәтижесінде мұндай оқиғалар анықталды. Жаппай жинақы галобобъектілердің табиғаты толық анық емес. Сірә, бұл не салқындатылған жұлдыздар (қоңыр ергежейлі), не планетаға ұқсас объектілер, олар жұлдыздармен байланыспайды және галактика арқылы өз бетімен өтеді. Бариондық қараңғы заттың тағы бір өкілі-жақында галактика кластерлерінде рентген астрономиясымен ашылған ыстық газ, ол көрінетін диапазонда жарқырамайды.

Бариондық емес қараңғы зат

Бариондық емес қараңғы заттарға негізгі үміткерлер WIMP деп аталады (ағылшын тіліне қысқаша Әлсіз интерактивті массивті бөлшектер- әлсіз әрекеттесетін массивті бөлшектер). WIMP ерекшелігі - олар қарапайым затпен өзара әрекеттесуде өздерін әрең көрсете алмайды. Міне, сондықтан олар - көзге көрінбейтін қараңғы зат, сондықтан оларды анықтау өте қиын. WIMP массасы протон массасынан кемінде он есе үлкен болуы керек. WIMP-ті іздеу соңғы 20-30 жыл ішінде көптеген эксперименттерде жүргізілді, бірақ қанша тырысқанымен, олар әлі табылған жоқ.

Идеялардың бірі - егер мұндай бөлшектер бар болса, онда Жер Күнмен бірге Галактиканың ортасында айналатын орбитада WIMP -тен тұратын жаңбыр арқылы ұшуы керек. WIMP өте әлсіз өзара әрекеттесетін бөлшек болғанына қарамастан, оның қарапайым атоммен әрекеттесу ықтималдығы өте аз. Сонымен қатар, арнайы қондырғыларда - өте күрделі және қымбат - сигналды жазуға болады. Мұндай сигналдардың саны жыл бойы өзгеруі керек, өйткені Күннің айналасындағы орбитада қозғала отырып, Жер өзінің жылдамдығын және қозғалыс бағытын WIMP -тен тұратын желге қатысты өзгертеді. Италияның Gran Sasso жер асты зертханасындағы DAMA эксперименталды тобы сигналдарды есептеу жылдамдығының жыл сайынғы өзгеруі туралы хабарлайды. Алайда, басқа топтар бұл нәтижелерді әлі растаған жоқ, және мәселе негізінен ашық болып қала береді.

WIMP іздеудің тағы бір әдісі миллиардтаған жылдар бойы әр түрлі астрономиялық объектілер (Жер, Күн, біздің Галактиканың орталығы) осы объектілердің ортасында жиналатын WIMP -терді түсіруі керек деген болжамға негізделген. бір -бірімен нейтрино ағыны пайда болады ... Жердің орталығынан Күн мен Галактиканың орталығына қарай нейтрино ағынының артық мөлшерін анықтау әрекеттері MACRO, LVD (Gran Sasso зертханасы), NT-200 (Байкал көлі, Ресей), СуперКамиоканде, AMANDA (Скотт станциясы -Амундсен, Оңтүстік полюс), бірақ әлі оң нәтижеге әкелген жоқ.

WIMP іздеу бойынша эксперименттер де бөлшектер үдеткіштерінде белсенді түрде жүргізіледі. Эйнштейннің әйгілі E = mc 2 теңдеуіне сәйкес энергия массаға тең. Демек, бөлшектерді (мысалы, протонды) өте жоғары энергияға тездетіп, оны басқа бөлшектермен соқтығысқанда, жалпы массасы тең болатын басқа бөлшектер мен антибөлшектердің жұптарын (WIMP қоса) шығаруды күтуге болады. соқтығысқан бөлшектердің толық энергиясы. Бірақ үдеткіш эксперименттері әлі оң нәтижеге әкелген жоқ.

Қараңғы энергия

Өткен ғасырдың басында Альберт Эйнштейн жалпы салыстырмалық теорияда космологиялық модельді қамтамасыз етуге тілек білдіріп, уақыттың тәуелсіздігін теория теңдеулеріне космологиялық тұрақты деп атады, оны грек әрпімен белгілейді ». ламбда » - Λ. Бұл Λ таза формальды тұрақты болды, онда Эйнштейннің өзі ешқандай физикалық мағына көрмеген. Әлемнің кеңеюі ашылғаннан кейін оған деген қажеттілік жойылды. Эйнштейн асыққаны үшін қатты өкінді және космологиялық тұрақтылықты өзінің ең үлкен ғылыми қателігі деп атады. Алайда, ондаған жылдар өткен соң, Ғаламның кеңею жылдамдығын анықтайтын Хаббл тұрақтысы уақыт бойынша өзгереді және оның уақытқа тәуелділігін дәл сол «қате» Эйнштейн тұрақтысының мәнін таңдау арқылы түсіндіруге болады екен. Әлемнің жасырын тығыздығына. Жасырын массаның бұл бөлігі «қараңғы энергия» деп аталды.

Қараңғы энергия туралы күңгірт заттан гөрі аз айтуға болады. Біріншіден, ол қарапайым материя мен қараңғы материяның басқа түрлерінен айырмашылығы бүкіл ғаламға біркелкі таралған. Оның көп бөлігі галактикалар мен галактикалық кластерлерде, олардың сыртында. Екіншіден, оның салыстырмалы теория теңдеулерін талдап, олардың шешімдерін түсіндіру арқылы ғана түсінуге болатын бірнеше таңғажайып қасиеттері бар. Мысалы, қараңғы энергия ауырлыққа қарсы әсер етеді: оның болуына байланысты Әлемнің кеңею жылдамдығы артады. Қараңғы энергия өзін -өзі итеріп жібереді, сонымен қатар галактикаларда жиналған қарапайым заттардың шашырауын тездетеді. Қараңғы энергияның теріс қысымы да бар, соған байланысты затта оның созылуына кедергі болатын күш пайда болады.

Қара энергия рөліне негізгі үміткер - вакуум. Вакуумның энергия тығыздығы Әлемнің кеңеюімен өзгермейді, ол теріс қысымға сәйкес келеді. Тағы бір үміткер - квинтессенция деп аталатын гипотетикалық супер әлсіз өріс. Қара энергияның табиғатын түсіндіруге деген үміт, ең алдымен, жаңа астрономиялық бақылаулармен байланысты. Бұл бағыттағы прогресс адамзатқа түбегейлі жаңа білім әкелетіні сөзсіз, өйткені кез келген жағдайда қараңғы энергия физиканың осы уақытқа дейін қарастырғанынан мүлдем өзгеше зат болуы керек.

Сонымен, біздің әлем 95% біз білмейтін нәрседен тұрады. Ешқандай күмән тудырмайтын мұндай фактіні басқаша айтуға болады. Ол алаңдаушылық тудыруы мүмкін, ол әрқашан белгісіз нәрсемен кездеседі. Немесе өкінішті, өйткені біздің әлемнің қасиеттерін сипаттайтын физикалық теорияны құрудың осындай ұзақ және қиын жолы: Әлемнің көп бөлігі бізден жасырын және бізге белгісіз.

Бірақ физиктердің көпшілігі қазір толқып жатыр. Тәжірибе көрсеткендей, табиғат адамзатқа ұсынған барлық жұмбақтар ерте ме, кеш пе шешілген. Қараңғы материяның жұмбақтары да шешілетіні сөзсіз. Және бұл, әрине, біз әлі білмейтін мүлде жаңа білім мен ұғымдарды әкеледі. Мүмкін, біз жаңа жұмбақтармен кездесетін шығармыз, олар да шешіледі. Бірақ бұл мүлде басқа оқиға болады, оны Химия мен Өмір оқырмандары бірнеше жылдан ерте оқи алады. Және, мүмкін, бірнеше онжылдықтарда.

3 604

Әлемнің көпшілігі «материядан» тұрады, олар көрінбейтін, мүмкін материалдық емес және басқа заттармен тек ауырлық күшінің әсерінен болады. Иә, және физиктер бұл заттың не екенін білмейді, не үшін Ғаламда оның көп бөлігі бар - массасының бестен төрт бөлігі.

Ғалымдар оны қараңғы зат деп атайды.

Біздің ғаламның үлкен бөлігін құрайтын бұл жұмбақ зат қайда және ғалымдар оны қашан ашады?

Біз бұл мәселенің бар екенін қайдан білеміз

Қараңғы зат туралы гипотезаны алғаш рет 1930 жылдары швейцар астрономы Фриц Цвикки ұсынды, ол өзінің галактикалық кластерлердің массасын өлшеу Ғаламдағы кейбір массаның «жоғалғанын» көрсететінін түсінген кезде. Галактиканы ауырлататын не болса да, ол ешқандай сәуле шығармайды және тартылыс күшінен басқа ештеңемен әрекеттеспейді.

Астроном Вера Рубин 1970 жылдары галактикалардың айналуы Ньютонның қозғалыс заңына сәйкес келмейтінін анықтады; галактикалардағы жұлдыздар (атап айтқанда Андромеда) орталықтың айналасында бірдей жылдамдықпен айналатын сияқты көрінді, бірақ жұлдыздан алыстағылар баяу қозғалады. Галактиканың сыртқы бөлігіне ешкім көре алмайтын нәрсе қосады.

Қалған дәлелдемелер гравитациялық линзадан келеді, ол үлкен заттың ауырлық күші объектінің айналасындағы жарық толқындарын иілгенде пайда болады. Жалпы салыстырмалылыққа сәйкес, ауырлық күші кеңістікті бүгеді (сумо күресшісі тұрған матаны деформациялай алады), сондықтан жарық сәулелері масса болмағанымен үлкен заттардың айналасында бүгіледі. Бақылаулар көрсеткендей, жеке галактикалық кластерлердегідей, жарықты ию үшін көрінетін масса жеткіліксіз болды - басқаша айтқанда, галактикалар масштабты болды.

Содан кейін реликті сәулелену (ЦМБ), Үлкен жарылыс пен супернова «жаңғырығы» бар. Гавайи университетінің физика профессоры Джейсон Кумар: «СМБ бізге ғарыш кеңістікте тегіс екенін айтады. «Кеңістіктік жазық» дегеніміз, егер сіз ғалам арқылы екі сызық жүргізсеңіз, олар сызықтар миллиардтаған жарық жылы болса да, олар ешқашан қиылыспайды. Қисық ғаламда бұл сызықтар кеңістіктің бір нүктесінде кездеседі.

Қазір ғарыштанушылар мен астрономдар арасында қара материяның бар -жоқтығы туралы шағын пікірталас жүріп жатыр. Ол жарыққа әсер етпейді және электрон немесе протон сияқты зарядталмайды. Осы уақытқа дейін ол тікелей анықтауды болдырмайды.

«Бұл жұмбақ», - деді Кумар. Мүмкін, ғалымдар қараңғы материяны «көруге» тырысқан әдістер бар - оның қарапайым заттармен әрекеттесуі арқылы немесе қараңғы затқа айналуы мүмкін бөлшектерді іздеу арқылы.

Қараңғы зат не емес

Қараңғы материяның не екендігі туралы көптеген теориялар пайда болды. Алғашқылардың бірі жеткілікті логикалық болды: бұл сұрақ нейтронды жұлдыздар, қара тесіктер, қоңыр гномдар мен жалған планеталар сияқты астрофизикалық жинақы гало объектілерінде (MACHO) жасырылды. Олар жарық шығармайды (немесе өте аз шығарады), сондықтан олар телескоптарға іс жүзінде көрінбейді.

Алайда галактикаларды зерттеу, жұлдызды жарықта шағын бұрмалауды іздейтін MACHO - микроленсинг деп аталады - галактикалар айналасындағы қараңғы заттардың мөлшерін немесе оның көп бөлігін түсіндіре алмады. Иллинойс штатындағы Ферми ұлттық акселератор зертханасының ғылыми қызметкері Дэн Хупер: «MACHO -лар бұрынғыдай жоққа шығарылған сияқты», - деді.

Қараңғы зат телескоп арқылы көрінбейтін газ бұлтына ұқсамайды. Диффузиялық газ алыстағы галактикалардан жарықты жұтады, ал оның жоғарғы жағында толқын ұзындығында сәуле шығарады - аспанда үлкен инфрақызыл сәуле шығарылады. Бұлай болмағандықтан, біз оны жоққа шығара аламыз.

Бұл не болуы мүмкін

Әлсіз өзара әрекеттесетін массивті бөлшектер (WIMPs) - қараңғы материяны түсіндіруге күшті қарсыластар. Аралар - бұл ауыр бөлшектер - Үлкен жарылыс кезінде пайда болған протоннан шамамен 10-100 есе ауыр, және қазіргі уақытта аз мөлшерде қалады. Бұл бөлшектер қалыпты затпен ауырлық күші мен әлсіз ядролық күштер арқылы әрекеттеседі. WIMP массасы кеңістікте баяу қозғалады, сондықтан олар «суық» қараңғы материяға үміткерлер болуы мүмкін, ал жеңілдері жылдамырақ қозғалады және «жылы» қараңғы материяға үміткерлер болады.

Оларды табудың бір әдісі - «тікелей анықтау», мысалы, Оңтүстік Дакота шахтасындағы сұйық ксенон контейнері болып табылатын Үлкен жер асты ксеноны (LUX) тәжірибесі.

Бөртпелерді көрудің тағы бір әдісі бөлшектер үдеткіші болуы мүмкін. Үдеткіштердің ішінде атом ядролары жарық жылдамдығына жақын жылдамдықпен бұзылады, ал бұл соқтығысу энергиясы басқа бөлшектерге айналады, олардың кейбіреулері ғылым үшін жаңа. Осы уақытқа дейін күңгірт затқа ұқсас бөлшектер үдеткіштерінен ештеңе табылған жоқ.

Басқа мүмкіндік: аксиялар. Бұл субатомдық бөлшектерді олар шығаратын сәулелену түрлерімен, олардың қалай жойылатындығымен немесе бөлшектердің басқа түрлеріне ыдырауымен немесе бөлшектер үдеткіштерінде пайда болуымен жанама түрде анықтауға болады. Алайда, аксияға тікелей дәлел жоқ.

Ауыр, акси тәрізді ауыр, баяу «суық» бөлшектердің табылуы әлі нәтиже бермегендіктен, кейбір ғалымдар жеңіл, тез қозғалатын бөлшектердің мүмкіндігін қарастырады, олар «жылы» қараңғы зат тудырады. Ғалымдар Жерден 250 миллион жарық жылдай қашықтықта орналасқан Персей кластеріндегі Чандра рентген обсерваториясын пайдаланып белгісіз бөлшектің дәлелін тапқаннан кейін, қараңғы материяның мұндай моделіне деген қызығушылық қайта пайда болды. Бұл кластердегі белгілі иондар рентген сәулесінің белгілі бір сызықтарын шығарады, ал 2014 жылы ғалымдар белгісіз жарық бөлшегіне сәйкес келетін жаңа «сызықты» көрді.

Егер қараңғы заттардың бөлшектері жеңіл болса, ғалымдарға оларды тікелей табу қиынға соғады, дейді MIT физигі Трейси Слейтер. Ол қараңғы материяны құрайтын бөлшектердің жаңа түрлерін ұсынды.

«Массасы шамамен 1 ГэВ -тан төмен қараңғы материяны стандартты тікелей анықтау эксперименттерімен анықтау өте қиын, себебі олар атом ядроларының түсініксіз қайтарылуын іздеу арқылы жұмыс істейді ... бірақ қараңғы зат атом ядросынан әлдеқайда жеңіл болғанда, кері қайтару энергиясы өте кішкентай », - деді Трейси Слейтер.

Қараңғы материяны іздеуде көп зерттеулер жүргізілді, ал егер қазіргі әдістер сәтсіз болса, жаңалары жүргізіледі. «Сұйық» сұйық гелийді, жартылай өткізгіштерді қолдану және тіпті кристалдардағы химиялық байланыстарды бұзу - қараңғы заттарды табудың жаңа идеяларының бірі.