Materie e errët. Gjashtë probleme kozmologjike

Lëvizjet e objekteve në një shkallë kozmike i binden teorisë së mirë të vjetër të Njutonit. Megjithatë, zbulimi i Fritz Zwicky-t në vitet 30 dhe vëzhgimet pasuese të shumta të galaktikave të largëta që rrotullohen më shpejt se sa do të tregonte masa e tyre e dukshme, i shtynë astronomët dhe fizikantët të llogarisin masën e materies së errët, e cila nuk mund të përcaktohet drejtpërdrejt në asnjë gamë të disponueshme vëzhgimi. . te mjetet tona. Fatura doli të ishte shumë e lartë - tani vlerësohet se pothuajse 27% e masës së universit është materie e errët. Kjo është më shumë se pesë herë më shumë se çështja "e zakonshme" e disponueshme për vëzhgimet tona.

Për fat të keq, grimcat elementare nuk duket se parashikojnë ekzistencën e grimcave që do të përbënin këtë masë enigmatike. Deri më tani, ne nuk kemi qenë në gjendje t'i zbulojmë ato ose të gjenerojmë rreze me energji të lartë në përshpejtuesit që përplasen. Shpresa e fundit e shkencëtarëve ishte zbulimi i neutrinos "sterile", të cilat mund të përbëjnë materien e errët. Megjithatë, deri më tani përpjekjet për zbulimin e tyre kanë qenë gjithashtu të pasuksesshme.

energji e errët

Meqenëse në vitet 90 u zbulua se zgjerimi i universit nuk është konstant, por i përshpejtuar, u kërkua një shtesë tjetër në llogaritjet, këtë herë me energji në univers. Doli se për të shpjeguar këtë nxitim, energji shtesë (d.m.th. masat, sepse sipas teorisë speciale të relativitetit ato janë të njëjta) - d.m.th. energjia e errët - duhet të përbëjë rreth 68% të universit.

Kjo do të thotë se më shumë se dy të tretat e universit përbëhet nga... një zot e di çfarë! Sepse, si në rastin e materies së errët, ne nuk kemi qenë në gjendje të kapim apo eksplorojmë natyrën e saj. Disa besojnë se kjo është energjia e vakumit, e njëjta energji në të cilën grimcat "nga asgjëja" shfaqen si rezultat i efekteve kuantike. Të tjerë sugjerojnë se është "kuintesenca", forca e pestë e natyrës.

Ekziston gjithashtu një hipotezë se parimi kozmologjik nuk funksionon fare, Universi është johomogjen, ka dendësi të ndryshme në zona të ndryshme dhe këto luhatje krijojnë iluzionin e zgjerimit të përshpejtuar. Në këtë version, problemi i energjisë së errët do të ishte thjesht një iluzion.

Ajnshtajni futi në teoritë e tij - dhe më pas hoqi - konceptin konstante kozmologjikelidhur me energjinë e errët. Koncepti u vazhdua nga teoricienët e mekanikës kuantike të cilët u përpoqën të zëvendësonin nocionin e konstantës kozmologjike energjia e fushës së vakumit kuantik. Sidoqoftë, kjo teori dha 10¹²⁰ më shumë energji se sa nevojitet për të zgjeruar universin me shpejtësinë që dimë...

inflacion

teori inflacioni i hapësirës ai shpjegon shumë në mënyrë të kënaqshme, por paraqet një problem të vogël (mirë, jo për të gjithë të vogël) - sugjeron që në periudhën e hershme të ekzistencës së tij, shkalla e zgjerimit të tij ishte më e shpejtë se shpejtësia e dritës. Kjo do të shpjegonte strukturën aktualisht të dukshme të objekteve hapësinore, temperaturën, energjinë e tyre, etj. Megjithatë, çështja është se deri më tani nuk janë gjetur asnjë gjurmë të kësaj ngjarje të lashtë.

Studiuesit në Kolegjin Imperial në Londër, Londër dhe Universitetet e Helsinkit dhe Kopenhagës përshkruan në vitin 2014 në Physical Review Letters sesi graviteti siguroi stabilitetin e nevojshëm që universi të përjetonte inflacion të rëndë në fillim të zhvillimit të tij. Ekipi analizoi ndërveprimi midis grimcave Higgs dhe gravitetit. Shkencëtarët kanë treguar se edhe një ndërveprim i vogël i këtij lloji mund të stabilizojë universin dhe ta shpëtojë atë nga katastrofa.

Grafiku i shpejtësisë së rrotullimit të galaktikës spirale M33

"Modeli standard i fizikës së grimcave elementare, të cilin shkencëtarët e përdorin për të shpjeguar natyrën e grimcave elementare dhe ndërveprimet e tyre, nuk i është përgjigjur ende pyetjes se pse Universi nuk u shemb menjëherë pas Big Bengut," tha profesori. Artu Rajanti nga Departamenti i Fizikës i Kolegjit Imperial. “Në studimin tonë, ne u fokusuam në parametrin e panjohur të Modelit Standard, domethënë ndërveprimin midis grimcave Higgs dhe gravitetit. Ky parametër nuk mund të matet në eksperimentet e përshpejtuesit të grimcave, por ka një ndikim të fortë në paqëndrueshmërinë e grimcave Higgs gjatë fazës së inflacionit. Edhe një vlerë e vogël e këtij parametri mjafton për të shpjeguar shkallën e mbijetesës.”

Një rrjetë e materies së errët e ndriçuar nga një kuazar

Disa studiues besojnë se inflacioni, sapo të fillojë, është i vështirë të ndalet. Ata arrijnë në përfundimin se pasoja e tij ishte krijimi i universeve të reja, të ndara fizikisht nga yni. Dhe ky proces do të vazhdojë deri më sot. Multiversi ende po krijon universe të reja në një nxitim inflacioni.

Duke iu rikthyer parimit të shpejtësisë konstante të dritës, disa teoricienë të inflacionit sugjerojnë se shpejtësia e dritës është, po, një kufi i rreptë, por jo një konstante. Në epokën e hershme ishte më e lartë, duke lejuar inflacionin. Tani ajo vazhdon të bjerë, por aq ngadalë sa nuk jemi në gjendje ta vërejmë atë.

Kombinimi i ndërveprimeve

Bilanci aktual i materies së zakonshme, materies së errët dhe energjisë së errët

Modeli Standard, ndërkohë që unifikon tre llojet e forcave të natyrës, nuk unifikon ndërveprimet e dobëta dhe të forta për të kënaqur të gjithë shkencëtarët. Graviteti qëndron mënjanë dhe nuk mund të përfshihet ende në modelin e përgjithshëm me botën e grimcave elementare. Çdo përpjekje për të pajtuar gravitetin me mekanikën kuantike fut aq shumë pafundësi në llogaritjet sa ekuacionet humbasin vlerën e tyre.

teoria kuantike e gravitetit kërkon një ndërprerje në lidhjen midis masës gravitacionale dhe masës inerciale, e njohur nga parimi i ekuivalencës (shih artikullin: "Gjashtë Parimet e Universit"). Shkelja e këtij parimi minon ndërtimin e fizikës moderne. Kështu, një teori e tillë, e cila i hap rrugën një teorie ëndrrash për gjithçka, mund të shkatërrojë edhe fizikën e njohur deri tani.

Megjithëse graviteti është shumë i dobët për të qenë i dukshëm në shkallët e vogla të ndërveprimeve kuantike, ekziston një vend ku ai bëhet mjaft i fortë për të bërë një ndryshim në mekanikën e fenomeneve kuantike. Kjo vrimat e zeza. Megjithatë, dukuritë që ndodhin brenda dhe në periferi të tyre janë ende pak të studiuara dhe studiuara.

Vendosja e Universit

Modeli Standard nuk mund të parashikojë madhësinë e forcave dhe masave që lindin në botën e grimcave. Ne mësojmë për këto sasi duke matur dhe duke shtuar të dhëna në teori. Shkencëtarët po zbulojnë vazhdimisht se një ndryshim i vogël në vlerat e matura mjafton për ta bërë universin të duket krejtësisht ndryshe.

Për shembull, ka masën më të vogël të nevojshme për të mbështetur materien e qëndrueshme të gjithçkaje që dimë. Sasia e materies së errët dhe energjisë balancohet me kujdes për të formuar galaktika.

Një nga problemet më të çuditshme me rregullimin e parametrave të universit është përparësia e materies ndaj antimateriesqë lejon gjithçka të ekzistojë në mënyrë të qëndrueshme. Sipas Modelit Standard, duhet të prodhohet e njëjta sasi materies dhe antimateries. Sigurisht, nga këndvështrimi ynë, është mirë që materia të ketë një avantazh, pasi sasi të barabarta nënkuptojnë paqëndrueshmërinë e Universit, të tronditur nga shpërthime të dhunshme të asgjësimit të të dy llojeve të materies.

Vizualizimi i multiversit me universet në zgjerim dhe tkurrje

Problemi i matjes

vendim dimensioni objekte kuantike do të thotë kolapsi i funksionit të valës, pra "ndryshimi" i gjendjes së tyre nga dy (macja e Schrödinger në një gjendje të papërcaktuar "të gjallë ose të vdekur") në një të vetme (ne e dimë se çfarë ndodhi me macen).

Një nga hipotezat më të guximshme lidhur me problemin e matjes është koncepti i "shumë botëve" - ​​mundësitë nga të cilat ne zgjedhim kur matim. Botët po ndahen çdo moment. Pra, ne kemi një botë në të cilën ne shikojmë në një kuti me një mace, dhe një botë në të cilën nuk shikojmë në një kuti me një mace ... Në të parën - botën në të cilën macja jeton, ose ajo në të cilën ai nuk jeton, etj. d.

ai besonte se diçka nuk ishte thellësisht e gabuar me mekanikën kuantike dhe mendimi i tij nuk duhej marrë lehtë.

Katër ndërveprime kryesore