Kara madde nedir? karanlık madde teorisi

2024 Yazar: Henry Conors | [email protected]. Son düzenleme: 2024-02-12 14:09

Hangisi önce geldi: yumurta mı tavuk mu? Dünyanın her yerindeki bilim adamları, on yıllardır bu basit soruyla mücadele ediyor. Benzer bir soru, Evrenin yaratılış anında, en başta ne olduğu hakkında ortaya çıkıyor. Ama bu yaratılış mıydı, yoksa evrenler döngüsel mi yoksa sonsuz mu? Uzaydaki kara madde nedir ve beyaz maddeden nasıl farklıdır? Çeşitli dinleri bir kenara bırakarak, bu soruların cevaplarına bilimsel bir bakış açısıyla yaklaşmaya çalışalım. Son birkaç yılda, bilim adamları düşünülemez olanı yapmayı başardılar. Muhtemelen tarihte ilk kez teorik fizikçilerin hesaplamaları deneysel fizikçilerin hesaplamalarıyla aynı fikirdeydi. Yıllar boyunca bilim camiasına birkaç farklı teori sunuldu. Az çok kesin olarak, ampirik yollarla, bazen yarı bilimsel olarak, ancak teorik olarak hesaplanan veriler yine de deneylerle doğrulandı, hatta bazıları bir düzine yıldan fazla bir gecikmeyle (örneğin Higgs bozonu).

Karanlık madde - kara enerji

Bu tür birçok teori vardır, örneğin: Sicim Teorisi, Big Bang Teorisi, Döngüsel Evren Teorisi, Paralel Evren Teorisi, Değiştirilmiş Newton Dinamikleri (MOND), F. Hoyle ve diğerleri. Bununla birlikte, şu anda, tezleri Big Bang kavramı çerçevesine tam olarak uyan, sürekli genişleyen ve gelişen bir Evren teorisi genel olarak kabul edilmektedir. Aynı zamanda, yarı deneysel olarak (yani, ampirik olarak, ancak büyük toleranslarla ve mikro kozmosun yapısına ilişkin mevcut modern teorilere dayanarak), bizim bildiğimiz tüm mikropartiküllerin toplam hacmin sadece% 4.02'sini oluşturduğuna dair veriler elde edildi. Evrenin tüm bileşimi. Bu sözde "baryon kokteyli" veya baryonik maddedir. Bununla birlikte, Evrenimizin büyük kısmı (% 95'ten fazlası) farklı bir plana, farklı bileşime ve özelliklere sahip maddelerdir. Bu sözde kara madde ve kara enerjidir. Farklı davranırlar: çeşitli tepkimelere farklı tepki verirler, mevcut teknik araçlarla sabitlenmezler ve daha önce keşfedilmemiş özellikler sergilerler. Bundan, bu maddelerin ya diğer fizik yasalarına uyduğu (Newton dışı fizik, Öklid dışı geometrinin sözlü bir analoğu) ya da bilim ve teknolojideki gelişme seviyemizin yalnızca oluşumunun ilk aşamasında olduğu sonucuna varabiliriz.

Baryon nedir?

Güçlü etkileşimlerin mevcut kuark-gluon modeline göre, yalnızca on altı temel parçacık vardır (ve Higgs bozonunun son keşfi bunu doğrular): altı tür (tat) kuark, sekiz gluon ve iki bozon. Baryonlar, güçlü bir etkileşime sahip ağır temel parçacıklardır. Bunların en ünlüsü kuarklar, proton ve nötrondur. Bu tür maddelerin aileleri, farklıspin, kütleler, onların "rengi" ve "büyü", "gariplik" sayıları, kesinlikle baryonik madde dediğimiz şeyin yapı taşlarıdır. Evrenin toplam kompozisyonunun %21.8'ini oluşturan siyah (karanlık) madde, elektromanyetik radyasyon yaymayan ve onunla hiçbir şekilde reaksiyona girmeyen diğer parçacıklardan oluşur. Bu nedenle, en azından doğrudan gözlem için ve hatta bu tür maddelerin kaydı için, önce fiziklerini anlamak ve uydukları yasalar üzerinde anlaşmak gerekir. Birçok modern bilim insanı şu anda dünyanın dört bir yanındaki araştırma enstitülerinde bunu yapıyor.

En olası seçenek

Hangi maddeler mümkün olarak kabul edilir? Başlangıç olarak, sadece iki olası seçeneğin olduğu belirtilmelidir. GR ve SRT'ye (Genel ve Özel Görelilik) göre, bileşim açısından bu madde hem baryon hem de baryon olmayan karanlık madde (siyah) olabilir. Big Bang'in ana teorisine göre, mevcut herhangi bir madde baryonlar şeklinde temsil edilir. Bu tez son derece yüksek doğrulukla kanıtlanmıştır. Şu anda bilim adamları, tekillik patlamasından bir dakika sonra, yani maddenin aşırı yoğun halinin patlamasından sonra, bir vücut kütlesi sonsuza ve vücut boyutları sıfıra eğilimliyken oluşan parçacıkları yakalamayı öğrendiler. Baryon parçacıkları senaryosu en olası olanıdır, çünkü Evrenimiz onlardan oluşur ve onlar aracılığıyla genişlemesine devam eder. kara madde,bu varsayıma göre, Newton fiziği tarafından genel olarak kabul edilen, ancak bir nedenden dolayı elektromanyetik bir şekilde zayıf bir şekilde etkileşime giren temel parçacıklardan oluşur. Bu yüzden dedektörler onları algılamaz.

O kadar düzgün gitmiyor

Bu senaryo birçok bilim insanına uygundur, ancak hala cevaplardan daha fazla soru var. Hem siyah hem de beyaz madde yalnızca baryonlarla temsil ediliyorsa, birincil nükleosentezin bir sonucu olarak, ağır olanların yüzdesi olarak hafif baryonların konsantrasyonu, Evrenin ilk astronomik nesnelerinde farklı olmalıdır. Ve deneysel olarak, kara delikler veya nötron yıldızları gibi dengede yeterli sayıda büyük kütleçekimsel nesnenin galaksimizde varlığının, Samanyolu'muzun halesinin kütlesini dengelemek için ortaya çıkmadı. Bununla birlikte, aynı nötron yıldızları, karanlık galaktik haleler, kara delikler, beyaz, siyah ve kahverengi cüceler (yaşam döngülerinin farklı aşamalarındaki yıldızlar), büyük olasılıkla, karanlık maddenin yapıldığı karanlık maddenin bir parçasıdır. Kara enerji, preon, kuark ve Q yıldızları gibi tahmin edilen varsayımsal nesneler de dahil olmak üzere onların dolgusunu da tamamlayabilir.

Baryonik olmayan adaylar

İkinci senaryo, baryonik olmayan bir kökene işaret ediyor. Burada, birkaç parçacık türü aday olarak hareket edebilir. Örneğin, varlığı bilim adamları tarafından zaten kanıtlanmış olan hafif nötrinolar. Ancak, kütleleri yüzde bire bir mertebesindeon bininci eV (elektron-Volt), gerekli kritik yoğunluğun elde edilememesi nedeniyle pratik olarak bunları olası parçacıklardan hariç tutar. Ancak ağır leptonlarla eşleştirilmiş ağır nötrinolar, normal koşullar altında pratik olarak zayıf etkileşimlerde kendilerini göstermezler. Bu tür nötrinolara steril denir; bir eV'nin onda birine kadar olan maksimum kütleleriyle, karanlık madde parçacıkları için aday olma olasılıkları daha yüksektir. Kuantum renk dinamiği ve standart modeldeki problemleri çözmek için eksenler ve kozmyonlar yapay olarak fiziksel denklemlere dahil edilmiştir. Başka bir kararlı süpersimetrik parçacık (SUSY-LSP) ile birlikte, elektromanyetik ve güçlü etkileşimlere katılmadıkları için aday olarak nitelendirilebilirler. Ancak, nötrinolardan farklı olarak, onlar hala varsayımsaldır, varlıklarının hala kanıtlanması gerekir.

Kara madde teorisi

Evrendeki kütle eksikliği, bu konuda bazıları oldukça tutarlı olan farklı teorilere yol açar. Örneğin, sıradan yerçekiminin sarmal gökadalardaki yıldızların garip ve aşırı hızlı dönüşünü açıklayamadığı teorisi. Bu hızlarda, henüz kayıt altına alınması mümkün olmayan bir tür tutma kuvveti olmasa bile, uçup gideceklerdi. Diğer teori tezleri, WIMP'leri (kitlesel elektro-zayıf etkileşimli parçacıklar-temel alt parçacıkların ortakları, süpersimetrik ve süper ağır - yani ideal adaylar) elde etmenin imkansızlığını açıklar, çünkü bizim üçümüzden farklı olan n-boyutunda yaşarlar. boyutlu birKaluza-Klein teorisine göre bu tür ölçümler bizim elimizde değil.

Değişen Yıldızlar

Başka bir teori, değişken yıldızların ve kara maddenin birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini açıklar. Böyle bir yıldızın parlaklığı, sadece içeride meydana gelen metafiziksel süreçler (pulsasyon, kromosferik aktivite, belirginlik atımı, ikili yıldız sistemlerindeki yayılmalar ve tutulmalar, süpernova patlaması) nedeniyle değil, aynı zamanda karanlık maddenin anormal özelliklerinden dolayı da değişebilir.

WARP sürücüsü

Bir teoriye göre, karanlık madde, varsayımsal WARP teknolojisi (WARP Motoru) üzerinde çalışan uzay aracının alt uzay motorları için yakıt olarak kullanılabilir. Potansiyel olarak, bu tür motorlar, geminin ışık hızını aşan hızlarda hareket etmesine izin verir. Teorik olarak, geminin önündeki ve arkasındaki boşluğu bükebilir ve bir elektromanyetik dalganın boşlukta hızlanmasından bile daha hızlı hareket edebilirler. Geminin kendisi yerel olarak hızlanmaz - sadece önündeki uzamsal alan bükülür. Star Trek destanı gibi birçok fantezi hikayesi bu teknolojiyi kullanır.

Karasal koşullarda büyüme

Dünyada kara madde üretme ve elde etme girişimleri henüz başarılı olmadı. Şu anda, Higgs bozonunun tam olarak ilk kaydedildiği LHC'de (Büyük Andron Çarpıştırıcısı) ve diğer daha az güçlü olan, araştırma yapan doğrusal çarpıştırıcılar dahil deneyler yürütülmektedir.temel parçacıkların kararlı, ancak elektromanyetik olarak zayıf etkileşimli ortakları. Bununla birlikte, ne photino, ne gravitino, ne higsino, ne sneutrino (nötralino), ne de diğer WIMP'ler henüz elde edilmemiştir. Bilim adamlarının ön temkinli bir tahminine göre, karasal koşullarda bir miligram karanlık madde elde etmek için, yıl boyunca Amerika Birleşik Devletleri'nde tüketilen enerjinin eşdeğeri gereklidir.