Madilim na bagay. Anim na problema sa kosmolohiya

Ang mga paggalaw ng mga bagay sa isang cosmic scale ay sumusunod sa magandang lumang teorya ni Newton. Gayunpaman, ang pagtuklas kay Fritz Zwicky noong 30s at kasunod na maraming obserbasyon sa malalayong mga kalawakan na umiikot nang mas mabilis kaysa sa kanilang nakikitang masa ay nag-udyok sa mga astronomo at pisiko na kalkulahin ang masa ng madilim na bagay, na hindi direktang matukoy sa anumang magagamit na hanay ng pagmamasid. . sa ating mga gamit. Ang bayarin ay naging napakataas - tinatantya ngayon na halos 27% ng masa ng uniberso ay madilim na bagay. Ito ay higit sa limang beses na higit sa "ordinaryong" bagay na magagamit sa aming mga obserbasyon.

Sa kasamaang palad, ang mga elementarya na particle ay tila hindi nakikita ang pagkakaroon ng mga particle na bubuo sa misteryosong masa na ito. Hanggang ngayon, hindi pa namin na-detect ang mga ito o nakakabuo ng mga high-energy beam sa mga nagbabanggaan na accelerators. Ang huling pag-asa ng mga siyentipiko ay ang pagtuklas ng mga "sterile" na neutrino, na maaaring bumubuo ng madilim na bagay. Gayunpaman, hanggang ngayon ang mga pagtatangka upang makita ang mga ito ay hindi rin matagumpay.

madilim na enerhiya

Dahil natuklasan noong 90s na ang pagpapalawak ng uniberso ay hindi pare-pareho, ngunit pabilis, isa pang karagdagan sa mga kalkulasyon ang kailangan, sa pagkakataong ito ay may enerhiya sa uniberso. Ito ay lumabas na upang ipaliwanag ang acceleration na ito, karagdagang enerhiya (i.e. masa, dahil ayon sa espesyal na teorya ng relativity ay pareho sila) - i.e. madilim na enerhiya - dapat na bumubuo ng halos 68% ng uniberso.

Nangangahulugan iyon na higit sa dalawang-katlo ng sansinukob ay binubuo ng…alam ng impiyerno! Sapagkat, tulad ng kaso ng madilim na bagay, hindi natin nakuha o na-explore ang kalikasan nito. Naniniwala ang ilan na ito ang enerhiya ng vacuum, ang parehong enerhiya kung saan lumilitaw ang mga particle na "mula sa wala" bilang resulta ng mga quantum effect. Iminumungkahi ng iba na ito ang "quintessence", ang ikalimang puwersa ng kalikasan.

Mayroon ding hypothesis na ang cosmological na prinsipyo ay hindi gumagana sa lahat, ang Uniberso ay inhomogeneous, may iba't ibang densidad sa iba't ibang lugar, at ang mga pagbabagong ito ay lumilikha ng ilusyon ng pagpapabilis ng pagpapalawak. Sa bersyong ito, ang problema ng dark energy ay magiging isang ilusyon lamang.

Ipinakilala ni Einstein sa kanyang mga teorya - at pagkatapos ay tinanggal - ang konsepto pare-pareho ang kosmolohiyanauugnay sa madilim na enerhiya. Ang konsepto ay ipinagpatuloy ng mga quantum mechanics theorists na sinubukang palitan ang paniwala ng cosmological constant. quantum vacuum field na enerhiya. Gayunpaman, ang teoryang ito ay nagbigay ng 10¹²⁰ mas maraming enerhiya kaysa sa kinakailangan upang palawakin ang uniberso sa bilis na alam natin...

inflation

Теория inflation ng espasyo ito ay nagpapaliwanag ng maraming kasiya-siya, ngunit nagpapakilala ng isang maliit (mahusay, hindi para sa lahat ng tao ay maliit) na problema - ito ay nagmumungkahi na sa unang bahagi ng panahon ng pagkakaroon nito, ang rate ng pagpapalawak nito ay mas mabilis kaysa sa bilis ng liwanag. Ipapaliwanag nito ang kasalukuyang nakikitang istraktura ng mga bagay sa kalawakan, ang kanilang temperatura, enerhiya, atbp. Ang punto, gayunpaman, ay walang mga bakas ng sinaunang kaganapang ito na natagpuan sa ngayon.

Inilarawan ng mga mananaliksik mula sa Imperial College London, London, at sa Unibersidad ng Helsinki at Copenhagen noong 2014 sa Physical Review Letters kung paano ibinigay ng gravity ang katatagan na kailangan para makaranas ang uniberso ng matinding inflation sa maagang pag-unlad nito. Sinuri ng pangkat pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga particle ng Higgs at gravity. Ipinakita ng mga siyentipiko na kahit na ang isang maliit na pakikipag-ugnayan ng ganitong uri ay maaaring patatagin ang uniberso at iligtas ito mula sa sakuna.

Graph ng bilis ng pag-ikot ng spiral galaxy M33

"Ang karaniwang modelo ng elementarya na pisika ng particle, na ginagamit ng mga siyentipiko upang ipaliwanag ang likas na katangian ng elementarya na mga particle at ang kanilang mga pakikipag-ugnayan, ay hindi pa sumasagot sa tanong kung bakit ang Uniberso ay hindi bumagsak kaagad pagkatapos ng Big Bang," sabi ng propesor. Artu Rajanti mula sa Physics Department ng Imperial College. "Sa aming pag-aaral, nakatuon kami sa hindi kilalang parameter ng Standard Model, iyon ay, ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga particle ng Higgs at gravity. Ang parameter na ito ay hindi masusukat sa mga eksperimento sa particle accelerator, ngunit ito ay may malakas na impluwensya sa kawalang-tatag ng mga particle ng Higgs sa panahon ng inflation phase. Kahit na ang isang maliit na halaga ng parameter na ito ay sapat na upang ipaliwanag ang rate ng kaligtasan."

Isang web ng madilim na bagay na pinaliwanagan ng isang quasar

Naniniwala ang ilang iskolar na ang inflation, kapag nagsimula na ito, ay mahirap pigilan. Napagpasyahan nila na ang kinahinatnan nito ay ang paglikha ng mga bagong uniberso, na pisikal na hiwalay sa atin. At ang prosesong ito ay magpapatuloy hanggang ngayon. Ang multiverse ay nagdudulot pa rin ng mga bagong uniberso sa isang inflationary rush.

Pagbabalik sa pare-parehong bilis ng prinsipyo ng liwanag, iminumungkahi ng ilang inflation theorists na ang bilis ng liwanag ay, oo, isang mahigpit na limitasyon, ngunit hindi pare-pareho. Sa unang bahagi ng panahon ito ay mas mataas, na nagpapahintulot sa inflation. Ngayon ay patuloy itong bumabagsak, ngunit napakabagal na hindi natin ito napansin.

Pinagsasama-sama ang mga Pakikipag-ugnayan

Ang kasalukuyang balanse ng ordinaryong bagay, madilim na bagay at madilim na enerhiya

Ang Pamantayang Modelo, habang pinag-iisa ang tatlong uri ng mga puwersa ng kalikasan, ay hindi pinag-iisa ang mahina at malakas na pakikipag-ugnayan sa kasiyahan ng lahat ng mga siyentipiko. Ang gravity ay nakatayo sa isang tabi at hindi pa maaaring isama sa pangkalahatang modelo sa mundo ng elementarya na mga particle. Anumang pagtatangka na itugma ang gravity sa quantum mechanics ay nagpapakilala ng napakaraming infinity sa mga kalkulasyon na ang mga equation ay nawawalan ng halaga.

quantum theory of gravity nangangailangan ng pahinga sa koneksyon sa pagitan ng gravitational mass at ng inertial mass, na kilala mula sa prinsipyo ng equivalence (tingnan ang artikulong: "Anim na Prinsipyo ng Uniberso"). Ang paglabag sa prinsipyong ito ay nagpapahina sa pagbuo ng modernong pisika. Kaya, ang gayong teorya, na nagbubukas ng daan sa isang teorya ng mga panaginip tungkol sa lahat, ay maaari ring sirain ang physics na kilala sa ngayon.

Bagama't masyadong mahina ang gravity para mapansin sa maliliit na sukat ng mga quantum interaction, mayroong isang lugar kung saan ito ay nagiging sapat na malakas upang makagawa ng pagbabago sa mekanika ng quantum phenomena. Ito black hole. Gayunpaman, ang mga phenomena na nagaganap sa loob at sa kanilang labas ay hindi pa rin gaanong pinag-aaralan at pinag-aralan.

Pag-set up ng uniberso

Ang Pamantayang Modelo ay hindi mahuhulaan ang laki ng mga pwersa at masa na lumilitaw sa mundo ng mga particle. Nalaman natin ang tungkol sa mga dami na ito sa pamamagitan ng pagsukat at pagdaragdag ng data sa teorya. Ang mga siyentipiko ay patuloy na natutuklasan na ang isang maliit na pagkakaiba lamang sa mga nasusukat na halaga ay sapat na upang gawing ganap na naiiba ang uniberso.

Halimbawa, mayroon itong pinakamaliit na masa na kailangan upang suportahan ang matatag na bagay ng lahat ng alam natin. Ang dami ng dark matter at enerhiya ay maingat na balanse upang bumuo ng mga kalawakan.

Ang isa sa mga pinaka-puzzling problema sa pag-tune ng mga parameter ng uniberso ay ang kalamangan ng bagay kaysa sa antimatterna nagpapahintulot sa lahat na umiral nang matatag. Ayon sa Standard Model, ang parehong dami ng matter at antimatter ay dapat gawin. Siyempre, mula sa aming pananaw, mabuti na ang bagay ay may kalamangan, dahil ang pantay na halaga ay nagpapahiwatig ng kawalang-tatag ng Uniberso, na niyanig ng marahas na pagsabog ng paglipol ng parehong uri ng bagay.

Visualization ng multiverse na may lumalawak at kumukunot na mga uniberso

Problema sa pagsukat

desisyon pagsukat mga bagay na quantum ay nangangahulugan ng pagbagsak ng function ng alon, ibig sabihin, "pagbabago" ng kanilang estado mula sa dalawa (ang pusa ni Schrödinger sa isang hindi tiyak na estado ng "buhay o patay") patungo sa isa (alam natin kung ano ang nangyari sa pusa).

Ang isa sa mga mas matapang na hypotheses na may kaugnayan sa problema ng pagsukat ay ang konsepto ng "maraming mundo" - ang mga posibilidad na pipiliin natin kapag sumusukat. Ang mga mundo ay naghihiwalay sa bawat sandali. Kaya, mayroon tayong isang mundo kung saan tumitingin tayo sa isang kahon na may pusa, at isang mundo kung saan hindi tayo tumitingin sa isang kahon na may pusa ... Sa una - ang mundo kung saan nakatira ang pusa, o ang isa kung saan hindi siya nakatira, atbp. d.

siya ay naniniwala na may isang bagay na malalim na mali sa quantum mechanics, at ang kanyang opinyon ay hindi dapat basta-basta.

Apat na pangunahing pakikipag-ugnayan