Қазіргі уақытта көрінбейтін нәрселер

Ғылым білетін және көретін нәрселер, мүмкін, бар нәрсенің кішкене бөлігі ғана. Әрине, ғылым мен техника «көзқарас» дегенді тура мағынада қабылдамауы керек. Біздің көзіміз оларды көрмесе де, ғылым ауа мен оның құрамындағы оттегі, радиотолқындар, ультракүлгін сәулелер, инфрақызыл сәулелер және атомдар сияқты заттарды бұрыннан «көре» алған.

Біз де белгілі бір мағынада көреміз қарсы затол кәдімгі материямен зорлық-зомбылықпен әрекеттескенде және бұл жалпы алғанда қиынырақ мәселе, өйткені біз мұны өзара әрекеттесу әсерінен, неғұрлым тұтас мағынада, діріл ретінде көргенімізбен, 2015 жылға дейін бұл біз үшін қиын болды.

Дегенмен, біз әлі де белгілі бір мағынада гравитацияны «көрмейміз», өйткені біз бұл өзара әрекеттесудің бірде-бір тасымалдаушысы (яғни, мысалы, деп аталатын гипотетикалық бөлшек) әлі ашылған жоқ. гравитон). Бұл жерде гравитация тарихы мен арасында біршама ұқсастық бар екенін айта кеткен жөн.

Соңғысының әрекетін көреміз, бірақ оны тікелей байқамаймыз, оның неден тұратынын білмейміз. Дегенмен, бұл «көрінбейтін» құбылыстардың арасында түбегейлі айырмашылық бар. Ешкім ешқашан гравитацияға күмән келтірген емес. Бірақ қараңғы материямен (1) бұл басқаша.

Қалай г қараңғы энергияқұрамында қара материядан да көп деп айтылады. Оның бар болуы жалпы ғаламның мінез-құлқына негізделген гипотеза ретінде шығарылды. «Көру» қараңғы материядан да қиын болуы мүмкін, егер біздің жалпы тәжірибеміз энергия өзінің табиғаты бойынша материяға қарағанда сезім мүшелеріне (және бақылау құралдарына) қол жетімді емес нәрсе болып қалатынын үйрететіндіктен ғана.

Заманауи болжамдарға сәйкес, қараңғы екеуі де оның мазмұнының 96% -ын құрауы керек.

Сонымен, шын мәнінде, тіпті ғаламның өзі біз үшін негізінен көрінбейді, оның шегіне келетін болсақ, біз тек адамның бақылауымен анықталатындарды ғана білеміз, ал егер олар бар болса, оның шын шегі болатынын емес мүлде.

Бір нәрсе бізді бүкіл галактикамен бірге тартып жатыр

Ғарыштағы кейбір заттардың көрінбейтіндігі жан түршігерлік болуы мүмкін, мысалы, көршілес 100 галактика үнемі ғаламдағы жұмбақ нүктеге қарай жылжиды. Керемет тарту. Бұл аймақ шамамен 220 миллион жарық жылы қашықтықта орналасқан және ғалымдар оны гравитациялық аномалия деп атайды. Ұлы тартушыда квадриллиондаған күн массасы бар деп есептеледі.

Оның кеңейіп жатқанынан бастайық. Бұл Үлкен жарылыстан бері болып жатыр және бұл процестің қазіргі жылдамдығы сағатына 2,2 миллион километрге бағаланады. Бұл біздің галактика мен оның көршілес Андромеда галактикасы да осындай жылдамдықпен қозғалуы керек дегенді білдіреді, солай емес пе? Онша емес.

70-жылдары біз ғарыш кеңістігінің егжей-тегжейлі карталарын жасадық. Микротолқынды фон (CMB) Ғалам және біз Құс жолының бір жағы екіншісіне қарағанда жылырақ екенін байқадық. Айырмашылық Цельсий градусының жүзден бір бөлігіне де жетпейді, бірақ біздің Кентавр шоқжұлдызына қарай секундына 600 км жылдамдықпен қозғалып келе жатқанымызды түсіну үшін жеткілікті болды.

Бірнеше жылдан кейін біз тек біз ғана емес, бізден жүз миллион жарық жылындағы барлық адамдар бір бағытта қозғалатынын білдік. Осындай үлкен қашықтықтағы кеңеюге төтеп бере алатын бір ғана нәрсе бар, ол – тартылыс.

Мысалы, Андромеда бізден алыстауы керек, бірақ 4 миллиард жылдан кейін біз онымен соқтығысуға мәжбүр боламыз. Жеткілікті масса кеңеюге қарсы тұра алады. Алғашында ғалымдар бұл жылдамдықты «Жергілікті суперкластер» деп аталатын аймақтың шетінде орналасуымызға байланысты деп ойлады.

Бұл жұмбақ Ұлы тартымды көру бізге неге қиын? Өкінішке орай, бұл біздің көзқарасымызға кедергі келтіретін біздің галактика. Құс жолы белдеуі арқылы біз ғаламның шамамен 20% көре алмаймыз. Ол дәл Ұлы тартушы қайда барады. Рентген және инфрақызыл бақылаулар арқылы бұл пердеге ену теориялық тұрғыдан мүмкін, бірақ бұл нақты суретті бермейді.

Осы қиындықтарға қарамастан, Ұлы тартушының бір аймағында 150 миллион жарық жылы қашықтықта галактика бар екені анықталды. Норма кластері. Оның артында 650 10 массасы бар XNUMX миллион жарық жылы қашықтықтағы одан да үлкен суперкластер бар. галактика, бізге белгілі ғаламдағы ең үлкен нысандардың бірі.

Сонымен, ғалымдар Ұлы тартушы деп болжайды ауырлық орталығы галактикалардың көптеген суперкластерлері, соның ішінде біздікі - барлығы 100-ге жуық объектілер, мысалы, Құс жолы. Бұл қара энергияның үлкен жиынтығы немесе үлкен гравитациялық тартылысы бар жоғары тығыздықты аймақ деген теориялар да бар.

Кейбір зерттеушілер бұл ғаламның ақырғы ... соңы туралы болжам ғана деп санайды. Ұлы депрессия Ғаламның бірнеше триллион жылдан кейін қалыңдайтынын білдіреді, бұл кезде кеңею баяулап, кері кете бастайды. Уақыт өте келе бұл барлық нәрсені, соның ішінде өзін де жейтін супермассивке әкеледі.

Дегенмен, ғалымдар атап өткендей, Ғаламның кеңеюі ақыр соңында Ұлы тартымдылықтың күшін жеңеді. Оған қарай біздің жылдамдығымыз бәрі кеңейетін жылдамдықтың бестен бір бөлігін ғана құрайды. Біз бөлігі болып табылатын Ланиаканың (2) кең жергілікті құрылымы, басқа да көптеген ғарыштық құрылымдар сияқты бір күні жойылуы керек.

Табиғаттың бесінші күші

Біз көре алмайтын, бірақ соңғы уақытта қатты күдіктенген нәрсе - бесінші әсер деп аталатын нәрсе.

Бұқаралық ақпарат құралдарында жарияланған нәрселердің ашылуы қызықты аты бар гипотетикалық жаңа бөлшек туралы болжамды қамтиды. X17қараңғы материя мен қараңғы энергияның құпиясын түсіндіруге көмектеседі.

Төрт әрекеттесу белгілі: гравитация, электромагнетизм, күшті және әлсіз атомдық әрекеттесу. Атомдардың микро-аумағынан бастап галактикалардың орасан масштабына дейін белгілі төрт күштің затқа әсері жақсы құжатталған және көп жағдайда түсінікті. Дегенмен, біздің ғалам массасының шамамен 96% қараңғы материя және қараңғы энергия деп аталатын түсініксіз, түсініксіз заттардан тұратынын ескерсеңіз, ғалымдардың бұл төрт күш ғарыштағы барлық нәрсені білдірмейді деп көптен күдіктенгені таңқаларлық емес. . жалғастыруда.

Авторы басқарған команда болып табылатын жаңа күшті сипаттау әрекеті Аттила Красногорская (3), өткен күзде біз естіген Венгрия ғылым академиясының Ядролық зерттеулер институтындағы (ATOMKI) физика жұмбақ күштердің бар екендігінің алғашқы белгісі емес еді.

Дәл сол ғалымдар «бесінші күш» туралы алғаш рет 2016 жылы протондарды химиялық элементтердің нұсқалары болып табылатын изотоптарға айналдыру бойынша эксперимент жүргізгеннен кейін жазған. Зерттеушілер протондар литий-7 деп аталатын изотопты бериллий-8 деп аталатын тұрақсыз атом түріне айналдырғанын бақылады.

3. Проф. Аттила Краснохоркай (оң жақта)

Бериллий-8 ыдыраған кезде жұп электрондар мен позитрондар пайда болды, олар бір-бірін итермелеп, бөлшектердің бұрышпен ұшып кетуіне әкелді. Команда ыдырау процесі кезінде шығарылатын жарық энергиясы мен бөлшектердің бір-бірінен ұшатын бұрыштары арасындағы корреляцияны көреді деп күтті. Оның орнына электрондар мен позитрондар олардың үлгілері болжағаннан 140 градусқа дерлік жеті есе жиі ауытқиды, бұл күтпеген нәтиже.

«Көрінетін әлем туралы біздің барлық білімімізді бөлшектер физикасының стандартты моделі деп аталатын үлгінің көмегімен сипаттауға болады», - деп жазады Красногоркай. «Алайда ол электроннан ауыр және электроннан 207 есе ауыр мюоннан жеңіл бөлшектерді қарастырмайды. Егер біз жоғарыдағы массалық терезеде жаңа бөлшекті тапсақ, бұл Стандартты үлгіге кірмейтін кейбір жаңа әрекеттесулерді көрсетеді.

Жұмбақ нысан X17 деп аталды, себебі оның болжалды массасы 17 мегаэлектронвольт (МэВ), бұл электроннан шамамен 34 есе көп. Зерттеушілер тритийдің гелий-4-ке ыдырауын бақылап, тағы да біртүрлі диагональды разрядты байқады, бұл массасы шамамен 17 МэВ болатын бөлшекті көрсетеді.

«Фотон электромагниттік күшке, глюон күшті күшке, ал W және Z бозондары әлсіз күшке делдал болады», - деп түсіндірді Краснахоркай.

«Біздің X17 бөлшек жаңа өзара әрекеттесу үшін делдал болуы керек, бесінші. Жаңа нәтиже бірінші эксперименттің кездейсоқ болуы немесе нәтижелер жүйелік қатені тудыруы ықтималдығын азайтады».

Аяқ астындағы қара материя

Ұлы Ғаламнан, ұлы физиканың жұмбақтар мен жұмбақтардың анық емес әлемінен Жерге оралайық. Біз бұл жерде таңқаларлық мәселеге тап болдық... ішіндегі барлық нәрсені көру және дәл бейнелеу (4).

Бірнеше жыл бұрын біз туралы МТ жазған жер ядросының құпиясыпарадокс оның жасалуымен байланысты және оның табиғаты мен құрылымы қандай екені нақты белгісіз. арқылы тестілеу сияқты әдістеріміз бар сейсмикалық толқындар, сондай-ақ ғылыми келісім бар Жердің ішкі құрылымының үлгісін жасай алды.

дегенмен алыстағы жұлдыздар мен галактикалармен салыстырғанда, мысалы, біздің аяғымыздың астында не жатқанын түсінуіміз әлсіз. Ғарыштық объектілерді, тіпті өте алыстағыларды да біз жай ғана көреміз. Жердің ядросы, мантияның қабаттары, тіпті жер қыртысының терең қабаттары туралы да бұлай айту мүмкін емес..

Тек ең тікелей зерттеулер қол жетімді. Тау аңғарлары бірнеше шақырым тереңдікте тастарды ашады. Ең терең барлау ұңғымалары 12 км-ден сәл астам тереңдікке дейін созылады.

Тереңіректерді құрайтын тау жыныстары мен минералдар туралы ақпаратты ксенолиттер, яғни. вулкандық процестер нәтижесінде жер қойнауынан жыртылған және тасталған тау жыныстарының фрагменттері. Олардың негізінде петрологтар бірнеше жүз километр тереңдіктегі минералдардың құрамын анықтай алады.

Жердің радиусы 6371 км, бұл біздің барлық «инфильтраторларымыз» үшін оңай жол емес. Шамамен 5 градус Цельсийге жететін орасан зор қысым мен температураға байланысты жақын арада ең терең ішкі бөлік тікелей бақылау үшін қолжетімді болады деп күту қиын.

Сонымен, біз Жердің ішкі құрылымы туралы не білетінімізді қайдан білеміз? Мұндай ақпарат жер сілкіністері тудыратын сейсмикалық толқындар арқылы беріледі, яғни. серпімді ортада таралатын серпімді толқындар.

Олар соққылардан пайда болатындықтан, олардың атауын алды. Серпімді (таулы) ортада екі түрлі серпімді (сейсмикалық) толқындар тарай алады: жылдамырақ – бойлық және баяу – көлденең. Біріншісі - толқынның таралу бағыты бойынша болатын ортаның тербелістері, ал ортаның көлденең тербелістерінде олар толқынның таралу бағытына перпендикуляр болады.

Алдымен бойлық толқындар (лат. primae), ал көлденең толқындар екінші (лат. secundae) жазылады, сондықтан олардың сейсмологиядағы дәстүрлі таңбалануы - бойлық толқындар p және көлденең s. P-толқындары s-тен шамамен 1,73 есе жылдам.

Сейсмикалық толқындар беретін ақпарат серпімді қасиеттерге негізделген Жердің ішкі бөлігінің моделін құруға мүмкіндік береді. Біз басқа физикалық қасиеттерді негізге ала аламыз гравитациялық өріс (тығыздық, қысым), бақылау магнитотеллюрлік токтар Жер мантиясында пайда болады (электр өткізгіштігінің таралуы) немесе Жердің жылу ағынының ыдырауы.

Петрологиялық құрамы жоғары қысым мен температура жағдайында минералдар мен тау жыныстарының қасиеттерін зертханалық зерттеулермен салыстыру негізінде анықталуы мүмкін.

Жер жылуды таратады, оның қайдан келгені белгісіз. Жақында ең қиын элементар бөлшектерге қатысты жаңа теория пайда болды. Біздің планетамыздың ішінен таралатын жылудың құпиясының маңызды белгілерін табиғат беруі мүмкін деп саналады. нейтрино - өте аз массалық бөлшектер - жер қойнауында болатын радиоактивті процестерден шығарылады.

Радиоактивтiлiктiң негiзгi белгiлi көздерi тұрақсыз торий мен калий болып табылады, бұл жер бетiнен 200 км-ге дейiнгi тау жыныстарының үлгiлерiнен белгiлi. Ненің тереңдігі қазірдің өзінде белгісіз.

Біз оны білеміз геонейтрино уранның ыдырауы кезінде бөлінетіндердің энергиясы калийдің ыдырауы кезінде шығарылатындарына қарағанда көбірек болады. Осылайша, геонейтринолардың энергиясын өлшеу арқылы олардың қандай радиоактивті материалдан шыққанын білуге ​​болады.

Өкінішке орай, геонейтриноларды анықтау өте қиын. Сондықтан олардың 2003 жылғы алғашқы бақылауы шамамен толтырылған үлкен жерасты детекторын қажет етті. тонна сұйықтық. Бұл детекторлар сұйықтықтағы атомдармен соқтығысуды анықтау арқылы нейтриноларды өлшейді.

Содан бері геонейтрино осы технологияны қолданатын бір тәжірибеде ғана байқалды (5). Екі өлшем де соны көрсетеді Радиоактивтіліктен (20 терават) Жердің жылуының жартысына жуығын уран мен торийдің ыдырауымен түсіндіруге болады. Қалған 50 пайызының қайнар көзі... не екені әзірге белгісіз.

5. Жердегі геонейтрино шығарындыларының қарқындылығының үлгі картасы – болжамдар

2017 жылдың шілдесінде ғимараттың құрылысы басталды ДУНЕшамамен 2024 жылы аяқталады деп жоспарланған. Нысан Оңтүстік Дакота штатындағы бұрынғы Хоумстакта шамамен 1,5 км жер астында орналасады.

Ғалымдар DUNE көмегімен қазіргі физиканың ең маңызды сұрақтарына жауап беру үшін нейтриноларды мұқият зерделеуді жоспарлап отыр.

2017 жылдың тамыз айында халықаралық ғалымдар тобы Physical Review D журналында DUNE-ді Жердің ішкі бөлігін зерттеу үшін сканер ретінде жеткілікті инновациялық пайдалануды ұсынатын мақала жариялады. Сейсмикалық толқындар мен ұңғымаларға планетаның ішкі бөлігін зерттеудің жаңа әдісі қосылады, бұл бізге оның мүлдем жаңа бейнесін көрсетуі мүмкін. Дегенмен, бұл әзірге идея ғана.

Ғарыштық қараңғы материядан біз планетамыздың ішкі бөлігіне жеттік, біз үшін одан кем емес қараңғылық. және бұл заттардың өтпеушілігі алаңдатады, бірақ біз Жерге салыстырмалы түрде жақын орналасқан барлық объектілерді, әсіресе онымен соқтығысатын жолды көрмейміз деген алаңдаушылық сияқты емес.

Дегенмен, бұл біз жақында МТ-да егжей-тегжейлі талқылаған сәл басқа тақырып. Біздің бақылау әдістерін дамытуға деген ұмтылысымыз барлық контексттерде толық ақталған.