Kas ir jautājums?

Mūs ieskauj matērija. Patiesībā mums ir nozīme. Viss, ko mēs atklājam Visumā, ir arī jautājums. Tas ir tik fundamentāli, ka mēs vienkārši pieņemam, ka viss ir veidots no matērijas. Tas ir visa pamatā: dzīvība uz Zemes, planēta, uz kuras mēs dzīvojam, zvaigznes un galaktikas. Parasti to definē kā jebko, kam ir masa un kas aizņem daudz vietas.

Matērijas celtniecības blokus sauc par "atomiem" un "molekulām". Arī viņiem tas ir jautājums. Lieta, kuru mēs varam normāli noteikt, tiek saukta par “baronisku” matēriju. Tomēr pastāv arī cita veida jautājums, kuru nevar tieši atklāt. Bet tā ietekme var. To sauc tumšā matērija.

Ir viegli izpētīt normālo matēriju vai "baryonic matēriju". To var sadalīt apakšatomu daļiņās, kuras sauc par leptoniem (piemēram, elektroniem) un kvarkiem (protonu un neitronu celtniecības blokiem). Tie ir tie, kas veido atomus un molekulas, kas ir visa sastāvdaļa, sākot no cilvēkiem līdz zvaigznēm.

Normāla matērija ir gaiša, tas ir, tā mijiedarbojas elektromagnētiski un gravitācijas režīmā ar citām matērijām un ar tām starojums. Tas ne vienmēr spīd, kā mēs domājam par mirdzošu zvaigzni. Tas var izdalīt citu starojumu (piemēram, infrasarkano).

Vēl viens aspekts, kas rodas, apspriežot matēriju, ir kaut kas, ko sauc par antimateriālu. Padomājiet par to kā parastās matērijas pretējo (vai varbūt spoguļattēlu). Par to bieži dzirdam, kad par to runā zinātnieki matērijas / anti-matērijas reakcijas kā enerģijas avoti. Antimateriāla pamatideja ir tāda, ka visām daļiņām ir antidaļiņas, kurām ir vienāda masa, bet pretēja griešanās un lādiņa daļai. Kad matērija un antimateriāls saduras, tie viens otru iznīcina un tīrā veidā rada enerģiju gamma stari. Šī enerģijas radīšana, ja to varētu izmantot, nodrošinātu milzīgu enerģijas daudzumu jebkurai civilizācijai, kas varētu izdomāt, kā to izdarīt droši.

Pretstatā normālajai vielai tumšā viela ir materiāls, kas nav mirdzošs. Tas ir, tas nav mijiedarbojas elektromagnētiski un tāpēc šķiet tumšs (t.i., tas neatstaros un neizsniegs gaismu). Precīzs tumšās vielas raksturs nav labi zināms, lai gan tās ietekmi uz citām masām (piemēram, galaktikām) tādi astronomi kā Dr. Vera Rubina un citi. Tomēr tā klātbūtni var noteikt ar gravitācijas efektu, kas tam ir uz parasto lietu. Piemēram, tā klātbūtne var ierobežot, piemēram, zvaigžņu kustību galaktikā.

Pašlaik ir trīs pamata iespējas "lietām", kas veido tumšo vielu:

• Aukstā tumšā viela (CDM): Ir viens kandidāts, kuru sauc par vāji mijiedarbojošos masīvo daļiņu (WIMP), kas varētu būt aukstās tumšās vielas pamatā. Tomēr zinātnieki nezina daudz par to vai to, kā tas varēja būt izveidojies agrīnā Visuma vēsturē. Citas CDM daļiņu iespējas ietver aksiācijas, tomēr tās nekad nav atklātas. Visbeidzot, ir arī MACHO (MAssive Compact Halo Objects). Viņi varētu izskaidrot izmērīto tumšās vielas masu. Šie objekti ietver melnie caurumi, senie neitronu zvaigznes un planētu objekti kas visi nav gaismas (vai gandrīz tādi), bet tomēr satur ievērojamu masas daudzumu. Tie ērti izskaidrotu tumšo vielu, bet tur ir problēma. Vajadzētu būt daudz no tiem (vairāk nekā varētu gaidīt, ņemot vērā noteiktu galaktiku vecumu), un to izplatībai būtu jābūt neticami labi izkliedēts visā Visumā, lai izskaidrotu tumšo matēriju, kuru astronomi ir atraduši "turpat". Tātad aukstā tumšā viela paliek "darbs iekšā" progresu. "
• Silta tumšā viela (WDM): Tiek uzskatīts, ka to veido sterili neitrīni. Tās ir daļiņas, kas ir līdzīgas parastajiem neitrīniem, izņemot to, ka tās ir daudz masīvākas un savstarpēji neiedarbojas caur vāju spēku. Vēl viens WDM kandidāts ir gravitino. Šī ir teorētiska daļiņa, kas pastāvētu, ja būtu supergravitācijas teorija - sajaukšanās vispārējā relativitāte un supersimetrija - gūst vilci. WDM ir arī pievilcīgs kandidāts, lai izskaidrotu tumšo vielu, bet sterilu neitrīno vai gravitino esamība labākajā gadījumā ir spekulatīva.
• Karstā tumšā viela (HDM): daļiņas, kuras uzskata par karstu tumšo vielu, jau pastāv. Tos sauc par "neitrīniem". Viņi ceļo plkst gandrīz gaismas ātrums un nevajag “salīp” kopā tādā veidā, kā mēs projicējam tumšo matēriju. Ņemot vērā arī to, ka neitrīno gandrīz nav, tas būs vajadzīgs neticami daudz, lai izveidotu zināmo tumšās vielas daudzumu. Viens izskaidrojums ir tāds, ka pastāv vēl neatklāts neitrīno tips vai aromāts, kas būtu līdzīgs tiem, par kuriem jau zināms, ka tie pastāv. Tomēr tai būtu ievērojami lielāka masa (un līdz ar to, iespējams, lēnāks ātrums). Bet tas, iespējams, vairāk līdzinās siltajai tumšajai vielai.

Jautājums neeksistē bez ietekmes Visumā, un starp radiāciju un matēriju ir ziņkārīgs savienojums. Šis savienojums nebija labi saprotams līdz 20. gadsimta sākumam. Tad Alberts Einšteins sāka domāt par saikni starp matērija un enerģija un starojums. Lūk, ko viņš izdomāja: saskaņā ar viņa relativitātes teoriju masa un enerģija ir līdzvērtīgas. Ja pietiekami daudz enerģijas (gaismas) saduras ar citiem pietiekami augstas enerģijas fotoniem (cits vārds gaismas "daļiņām"), var izveidot masu. Šis process ir tas, ko zinātnieki pēta milzu laboratorijās ar daļiņu sadursmēm. Viņu darbs dziļi iedziļinās matērijas sirdī, meklējot vismazākās daļiņas, par kurām zināms, ka tās pastāv.

Tātad, kaut arī starojums nav tieši uzskatāms par matēriju (tam nav masas vai tā tilpuma, vismaz ne precīzi definētā veidā), tas ir saistīts ar matēriju. Tas notiek tāpēc, ka radiācija rada matēriju, un matērija rada starojumu (piemēram, kad matērija un anti-matērijas saduras).

Veicot matērijas un radiācijas savienojumu soli tālāk, teorētiķi arī ierosina, ka mūsos pastāv noslēpumains starojums Visums. To sauc tumšā enerģija. Tā būtība vispār nav izprotama. Iespējams, kad tiks saprasta tumšā matērija, mēs sapratīsim arī tumšās enerģijas raksturu.

Rediģējis un atjauninājis Karolīna Kolinsa Petersena.