Цёмная энергія і цёмная матэрыя

Мы не разумеем больш за 95% нашага сусвету

Пустая прастора ў Сусвеце на самай справе не можа быць проста пустой прасторай.

Вы, я, і ўсё, што мы бачым і разумеем - у тым ліку зоркі, планеты і атамы - складаюць менш за 5% Сусвету. Больш за 95% нашага Сусвету складаецца з цёмнай энергіі (70%) і цёмнай матэрыі (25%), ніводнай з якіх мы не разумеем, і абодва яны нябачныя. Але, нягледзячы на ​​іх таямнічую прыроду, у нас усё яшчэ ёсць доказы іх існавання і важнасці. Тут я спрабую растлумачыць усё, што мы ведаем пра гэтыя цёмныя, займальныя аспекты нашага Сусвету.

Цёмная матэрыя

Сама па сабе барыёнавае рэчыва не мае дастатковай гравітацыі, каб улічваць структуру нашага Сусвету. Наш Млечны Шлях круціцца так хутка, што зоркі павінны быць рассеяны паўсюль, бо ўсё, што мы можам бачыць, валодае толькі 10% гравітацыі, неабходнай для падтрымання зорак на арбітах. Галактыкі і суперкластэры становяцца магчымымі за кошт дадатковай сілы цёмнай матэрыі - матэрыі, якая не выпраменьвае і не адлюстроўвае святла. Аднак канцэнтрацыі цёмнай матэрыі прагінаюць святло, праходзячы побач. Мы таксама ведаем, што гэта павольна і цяжка, бо ён павінен быць альбо халодным, альбо павольным, каб гравітацыйна збіраць галактыкі і кластары.

Наш прадзільны Млечны Шлях не павінен быць разам.

Ёсць некалькі тлумачэнняў таго, што можа быць прычынай гэтай з'явы.

Ён можа быць зроблены з часціц. У адным з сцэнарыяў яно складаецца з часціц, якія мы ўжо выявілі, але гэта можа быць цяжка выявіць, паколькі яны не ўзаемадзейнічаюць са святлом. Гэтымі часціцамі могуць быць, напрыклад, пратоны і нейтроны. Падобным чынам гэта можа быць і дзіўная і экзатычная новая часціца, якая не ўзаемадзейнічае са святлом і матэрыяй ніякім чынам, што мы маглі б чакаць ад гэтага, або часціцай з такімі новымі ўласцівасцямі, што гэта не выходзіць за наша сучаснае разуменне фізікі. У тэорыі струн ужо ёсць некаторыя часціцы, якія маглі б тлумачыць цёмную матэрыю - слабакі, аксіёны або нейтраліны - але нам трэба было б выявіць іх спачатку, каб пацвердзіць тэорыю.

Іншае рашэнне кажа, што мы не прапускаем барыёнавае рэчыва, неабходнае для забеспячэння гравітацыі для структуры Сусвету, але замест гэтага гравітацыя дзейнічае па-рознаму на больш масіўныя маштабы галактык і суперкластэраў. Але гэта рашэнне будзе ўключаць прызнанне таго, што тэорыя ААН Эйнштэйна няправільная, тэорыя, якая стаяла навуковым выпрабаваннем пасля выпрабаванняў з моманту ягонай канцэпцыі. Гэта таксама азначае, што мы маем менш, чым дасканалае разуменне фізікі часціц.

Адно з больш творчых, але ўсё ж магчымых тлумачэнняў цёмнай матэрыі кажа пра тое, што мы жывем усё сваё жыццё на адной плоскасці існавання, але што іншая плоскасць знаходзіцца над намі, можа быць, толькі ў сантыметрах. Паколькі святло падарожнічае пад гэтым Сусветам, некаторыя аб'екты ўнутры яго былі б нябачныя. Аднак паколькі гравітацыя - гэта не што іншае, як згінанне прасторы, калі прастора паміж абедзвюма плоскасцямі будзе сагнута нават нязначна, гравітацыя зможа перамяшчацца папярок. Раптам у нас ёсць дакладнае апісанне цёмнай матэрыі - нябачнай масы, якая мае гравітацыю. Гэта своеасаблівая з'ява можа быць не чым іншым, як звычайнай матэрыяй з іншага вымярэння.

Мы таксама ведаем, што цёмная матэрыя - гэта не так. Гэта не антыматэрыя, бо антыматэрыя вырабляе унікальныя гама-прамяні, калі яна ўступае ў кантакт з звычайнай матэрыяй. Гэта не аблокі звычайнай матэрыі, так як яны вылучаюць часціцы, якія мы маглі б выявіць, і, нарэшце, гэта не чорная дзірка, паколькі чорныя дзіркі кампактныя, а цёмная матэрыя, здаецца, раскідана паўсюдна па ўсёй Сусвеце.

Цёмная энергія

Калі цёмнае рэчыва здавалася дзіўным, усё толькі блытаецца, калі мы дабярэмся да цёмнай энергіі.

Эйнштэйн прадказваў пашырэнне Сусвету (хуткасць, якую мы сёння называем канстантай Хабла і якая прысутнічала ў раўнаннях агульнай адноснасці), але нашы вымярэнні нашмат хутчэй, чым Эйнштэйн сказаў, што будзе. Да таго, як мы праводзілі гэтыя вымярэнні, лічылася, што пашырэнне запаволіцца, і наша Сусвет у рэшце рэшт разбурыцца, але найбольш верагодным вынікам з'яўляецца тое, што наша Сусвет будзе пашырацца назаўжды, у выніку чаго атрымаецца тое, што вядома як "Цеплавая смерць".

Гэта бесперапыннае паскарэнне дзякуючы цёмнай энергіі - адштурхваючай сіле, якая дзейнічае ў супрацьлеглым выглядзе, як цёмная матэрыя, прымушаючы Сусвет распаўсюджвацца, а не збірацца ў арганізаваныя структуры. Гэта ўласцівасць, якое, здаецца, з'яўляецца часткай пустога прасторы, энергіяй, мацнейшай і канцэнтраванай, чым усе астатняе ў Сусвеце ў сукупнасці. Калі гэта ўласцівасць пустой прасторы, гэта азначае, што пустая прастора - гэта не што-небудзь, а нешта.

Няма магчымасці выявіць ці вымераць цёмную энергію, але мы можам прыняць да ведама яе наступствы.

Як я ўжо згадваў, найбольш верагодным канцом Сусвету з'яўляецца цеплавая смерць - гэта пашырэнне, у выніку чаго рэчыва пераўтвараецца ў выпраменьванне, што прыводзіць да спынення ўсёй дзейнасці ў Сусвеце праз велізарную колькасць часу. Гэтая цеплавая смерць з'яўляецца вынікам пастаяннага пашырэння, выкліканага цёмнай энергіяй і адсутнасцю рэчывы, неабходнага для яе процідзеяння. Але такі недастатковы свет павінен мець вельмі дзіўную форму. Замест гэтага наша Сусвет амаль ідэальна плоская, вынік, які магчымы толькі з новай энергіяй у космасе.

Магчымыя формы для сусвету.

Паводле агульнай адноснасці, энергія або маса плюс ціск абедзве крывыя прасторы-часу. Мы будзем выкарыстоўваць прыклад, каб лепш зразумець, як працуе цёмная энергія.

Унутры рэзервуара пад ціскам, часціцы, якія хутка рухаюцца, выклікаюць штуршок вонкі, сутыкаючыся са сценкамі. Аднак гэта не механізм цёмнай энергіі, паколькі ён мае месца толькі пры розніцы ціску ў двух рэгіёнах. У прыкладзе рэзервуара менш ціску звонку, чым унутры, але ў Сусвеце няма такой праблемы - ціск практычна паўсюль аднолькавы.

Было паказана, што цёмная энергія аказвае негатыўны ціск, які цягне ўнутр. Але гэта выклікае дзіўнае супярэчнасць з улікам наступстваў цёмнай энергіі, якія выклікаюць пашырэнне Сусвету! Гэта таму, што адмоўнае ціск не аказвае прамога ўплыву на гладкую сусвет, але выклікае пашырэнне рэлятывісцка, што прыводзіць да антыгравітацыі, даказанай матэматычнымі ўраўненнямі.

Дык адкуль бярэцца ўся гэтая энергія? Мы не ведаем. Можа, і не прыходзіць нікуды. Закон захавання энергіі не дзейнічае ва Сусвеце, які ўвесь час пашыраецца, бо агульная адноснасць абвяшчае, што энергія можа быць назаўсёды страчана і атрымана праз нічога.

Іншыя тэорыі ўключаюць, што цёмная энергія - гэта невядомая энергетычная вадкасць або поле, якое нейкім чынам аказвае супрацьлеглы эфект, чым звычайная энергія і матэрыя. Можа быць, гэта спантанныя часціцы, якія зыходзяць з нічога і вяртаюцца ў нішто.

Мы не ведаем, але мы працягваем вывучаць таямнічую цёмную матэрыю і цёмную энергію, таму што яны важныя, каб дапамагчы зразумець наш Сусвет і яго будучыню.