Қараңғы зат. Алты космологиялық мәселе

Ғарыштық масштабтағы заттардың қозғалысы ескі Ньютонның жақсы теориясына бағынады. Алайда, 30 жылдары Фриц Цвиккидің ашылуы және олардың көрінетін массасынан жылдам айналатын алыс галактикалардың көптеген бақылаулары астрономдар мен физиктерді кез келген бақылау диапазонында тікелей анықтау мүмкін емес қараңғы материяның массасын есептеуге әкелді. . құралдарымызға. Есеп өте жоғары болып шықты - қазір ғаламның массасының 27% дерлік қараңғы материя болып табылады. Бұл біздің бақылауларымызға қол жетімді «қарапайым» материядан бес есе артық.

Өкінішке орай, қарапайым бөлшектер бұл жұмбақ массаны құрайтын бөлшектердің бар екенін болжай алмайтын сияқты. Осы уақытқа дейін біз оларды анықтай алмадық немесе соқтығысқан үдеткіштерде жоғары энергиялық сәулелерді жасай алмадық. Ғалымдардың соңғы үміті қара материяны құра алатын «стерильді» нейтринолардың ашылуы болды. Алайда, әзірге оларды анықтау әрекеттері де сәтсіз аяқталды.

Қара энергия

90 жылдары Ғаламның кеңеюі тұрақты емес, жылдамдайтыны анықталғандықтан, бұл жолы ғаламдағы энергиямен бірге есептеулерге тағы бір қосымша қажет болды. Бұл үдеуді түсіндіру үшін қосымша энергия (яғни массалар, өйткені арнайы салыстырмалылық теориясы бойынша олар бірдей) болып шықты. қараңғы энергия - ғаламның шамамен 68% құрауы керек.

Бұл ғаламның үштен екісінен астамы... құдай біледі деген сөз. Өйткені қараңғы материя жағдайындағыдай оның табиғатын түсіріп, зерттей алмадық. Кейбіреулер бұл вакуумның энергиясы, кванттық әсерлердің нәтижесінде бөлшектер «жоқтан» пайда болатын энергия деп санайды. Басқалары оны табиғаттың бесінші күші «квинтэссенциясы» деп болжайды.

Сондай-ақ, космологиялық принцип мүлдем жұмыс істемейді, Әлем біртекті емес, әртүрлі аймақтарда әртүрлі тығыздыққа ие және бұл ауытқулар жеделдету кеңеюінің елесін жасайды деген гипотеза бар. Бұл нұсқада қараңғы энергия мәселесі жай ғана иллюзия болар еді.

Эйнштейн өз теорияларына тұжырымдаманы енгізді, содан кейін оны алып тастады космологиялық тұрақтықараңғы энергиямен байланысты. Бұл тұжырымдаманы космологиялық тұрақты ұғымды ауыстыруға тырысқан кванттық механика теоретиктері жалғастырды. кванттық вакуумдық өріс энергиясы. Дегенмен, бұл теория 10 берді¹²⁰ Әлемді біз білетін жылдамдықпен кеңейту үшін қажет энергиядан көп ...

инфляция

Теория ғарыштық инфляция ол көп нәрсені қанағаттанарлық түрде түсіндіреді, бірақ шағын (жақсы, барлығына бірдей емес) мәселені енгізеді - бұл оның өмір сүруінің алғашқы кезеңінде оның кеңею жылдамдығы жарық жылдамдығынан жылдамырақ болғанын болжайды. Бұл ғарыш объектілерінің қазіргі уақытта көрінетін құрылымын, олардың температурасын, энергиясын және т.б. түсіндірер еді. Алайда, мәселе, бұл ежелгі оқиғаның ізі әлі табылған жоқ.

Лондон, Лондон Империал Колледжінің және Хельсинки мен Копенгаген университеттерінің зерттеушілері 2014 жылы «Физикалық шолу хаттарында» тартылыс күшінің ғаламның дамуының басында ауыр инфляцияны бастан кешіру үшін қажетті тұрақтылықты қалай қамтамасыз еткенін сипаттады. Топ талдау жасады Хиггс бөлшектері мен ауырлық күші арасындағы әрекеттесу. Ғалымдар мұндай түрдегі шағын өзара әрекеттесу ғаламды тұрақтандыруға және оны апаттан құтқаруға болатынын көрсетті.

М33 спиральды галактиканың айналу жылдамдығының графигі

«Ғалымдар элементар бөлшектердің табиғатын және олардың өзара әрекеттесуін түсіндіру үшін қолданатын элементар бөлшектер физикасының стандартты үлгісі Үлкен жарылыстан кейін Әлем неге бірден құлап кетпеді деген сұраққа әлі жауап берген жоқ», - деді профессор. Артқа Раджанти Императорлық колледждің физика факультетінен. «Зерттеуімізде біз Стандартты модельдің белгісіз параметріне, яғни Хиггс бөлшектері мен гравитацияның өзара әрекеттесуіне назар аудардық. Бұл параметрді бөлшектердің үдеткіші эксперименттерінде өлшеу мүмкін емес, бірақ ол инфляция фазасындағы Хиггс бөлшектерінің тұрақсыздығына қатты әсер етеді. Бұл параметрдің аз ғана мәні өмір сүру деңгейін түсіндіруге жеткілікті».

Квазармен жарықтандырылған қараңғы материяның торы

Кейбір ғалымдар инфляция басталғаннан кейін оны тоқтату қиын деп есептейді. Олар оның салдары физикалық тұрғыдан біздікінен бөлінген жаңа ғаламдардың құрылуы болды деген қорытындыға келеді. Және бұл процесс бүгінге дейін жалғасады. Көп әлем әлі де инфляциялық асқынуда жаңа ғаламдарды тудыруда.

Жарықтың тұрақты жылдамдығы принципіне оралсақ, кейбір инфляция теоретиктері жарық жылдамдығы иә, қатаң шек, бірақ тұрақты емес деп болжайды. Ерте дәуірде ол инфляцияға мүмкіндік беретін жоғары болды. Қазір ол құлауын жалғастыруда, бірақ біз оны байқай алмаймыз.

Өзара әрекеттесулерді біріктіру

Қарапайым материяның, қараңғы материяның және қараңғы энергияның ағымдағы балансы

Стандартты үлгі табиғат күштерінің үш түрін біріктіре отырып, барлық ғалымдарды қанағаттандыратындай әлсіз және күшті өзара әрекеттесулерді біріктіре алмайды. Гравитация шетте қалды және оны әлі қарапайым бөлшектер әлемімен жалпы үлгіге қосу мүмкін емес. Гравитацияны кванттық механикамен сәйкестендірудің кез келген әрекеті есептеулерге шексіздік енгізетіні сонша, теңдеулер өз мәнін жоғалтады.

гравитацияның кванттық теориясы эквиваленттілік принципінен белгілі гравитациялық масса мен инерциялық масса арасындағы байланысты үзуді талап етеді («Әлемнің алты қағидасы» мақаласын қараңыз). Бұл принципті бұзу қазіргі физиканың құрылысына нұқсан келтіреді. Осылайша, барлық нәрсе туралы арман теориясына жол ашатын мұндай теория осы уақытқа дейін белгілі физиканы да жоюы мүмкін.

Гравитация кванттық өзара әрекеттесулердің шағын шкалаларында байқалу үшін тым әлсіз болғанымен, кванттық құбылыстардың механикасында өзгеріс енгізу үшін жеткілікті күшті болатын орын бар. Бұл қара тесіктер. Алайда олардың ішінде және шетінде болып жатқан құбылыстар әлі де аз зерттелген және зерттелген.

Ғаламды орнату

Стандартты модель бөлшектер әлемінде пайда болатын күштер мен массалардың шамасын болжай алмайды. Бұл шамалар туралы мәліметтерді өлшеу және теорияға қосу арқылы білеміз. Ғалымдар өлшенген мәндердегі шамалы айырмашылық ғаламды мүлдем басқаша көрсету үшін жеткілікті екенін үнемі анықтап отырады.

Мысалы, ол біз білетін барлық заттардың тұрақты материясын қолдау үшін қажетті ең аз массаға ие. Қараңғы материя мен энергия мөлшері галактикаларды қалыптастыру үшін мұқият теңестіріледі.

Ғаламның параметрлерін баптаудағы ең жұмбақ мәселелердің бірі материяның антиматериядан артықшылығыбұл бәрінің тұрақты өмір сүруіне мүмкіндік береді. Стандартты үлгі бойынша зат пен антиматерия бірдей мөлшерде өндірілуі керек. Әрине, біздің көзқарасымыз бойынша, материяның артықшылығы болғаны жақсы, өйткені бірдей мөлшерлер материяның екі түрін де жоюдың күшті жарылыстарымен шайқалған Әлемнің тұрақсыздығын білдіреді.

Кеңейетін және қысқаратын ғаламдармен көп әлемді визуализациялау

Өлшеу мәселесі

шешім өлшеу кванттық объектілер толқындық функцияның құлдырауын білдіреді, яғни олардың күйінің екеуінен («тірі немесе өлі» анықталмаған күйдегі Шредингер мысығы) бір күйге (мысықпен не болғанын білеміз) «өзгеруі».

Өлшеу мәселесіне қатысты неғұрлым батыл гипотезалардың бірі «көп әлемдер» ұғымы – өлшеу кезінде біз таңдайтын мүмкіндіктер. Әлемдер әр сәт сайын бөлініп жатыр. Сонымен, бізде мысық бар қорапқа қарайтын әлем бар, ал мысық бар қорапқа қарамайтын әлем бар ... Біріншіде - мысық тұратын әлем немесе бір онда ол өмір сүрмейді және т.б. D.

ол кванттық механикада бірдеңе қатты дұрыс емес деп есептеді және оның пікірін жеңіл қабылдауға болмайды.

Төрт негізгі өзара әрекеттесу