Karanlık madde. Altı kozmolojik problem

Kozmik ölçekte nesnelerin hareketleri, Newton'un eski güzel teorisine uyar. Bununla birlikte, 30'larda Fritz Zwicky'nin keşfi ve ardından, görünür kütlelerinin gösterdiğinden daha hızlı dönen uzak galaksilerin sayısız gözlemi, gökbilimcileri ve fizikçileri, herhangi bir mevcut gözlem aralığında doğrudan belirlenemeyen karanlık maddenin kütlesini hesaplamaya sevk etti. . araçlarımıza. Faturanın çok yüksek olduğu ortaya çıktı - şimdi, evrenin kütlesinin neredeyse %27'sinin karanlık madde olduğu tahmin ediliyor. Bu, gözlemlerimiz için mevcut olan "sıradan" maddeden beş kat daha fazladır.

Ne yazık ki, temel parçacıklar bu esrarengiz kütleyi oluşturacak parçacıkların varlığını öngöremiyor gibi görünüyor. Şimdiye kadar, çarpışan hızlandırıcılarda onları tespit edemedik veya yüksek enerjili ışınlar üretemedik. Bilim adamlarının son umudu, karanlık maddeyi oluşturabilen "steril" nötrinoların keşfiydi. Ancak, şimdiye kadar onları tespit etme girişimleri de başarısız oldu.

karanlık enerji

90'larda evrenin genişlemesinin sabit olmadığı, hızlanarak arttığı keşfedildiğinden, bu kez evrendeki enerji ile hesaplamalara bir ekleme daha yapılması gerekiyordu. Bu ivmeyi açıklamak için ek enerjinin (yani kütleler, çünkü özel görelilik teorisine göre aynı oldukları için) - yani. karanlık enerji - evrenin yaklaşık %68'ini oluşturmalıdır.

Bu, evrenin üçte ikisinden fazlasının oluştuğu anlamına gelir... Tanrı bilir ne! Çünkü karanlık madde örneğinde olduğu gibi, onun doğasını yakalayıp keşfedemedik. Bazıları bunun, kuantum etkilerinin bir sonucu olarak parçacıkların "hiçlikten" ortaya çıktığı aynı enerji olan boşluğun enerjisi olduğuna inanıyor. Diğerleri bunun doğanın beşinci gücü olan "öz" olduğunu öne sürüyor.

Ayrıca kozmolojik ilkenin hiç çalışmadığı, Evrenin homojen olmadığı, farklı alanlarda farklı yoğunluklara sahip olduğu ve bu dalgalanmaların hızlanan genişleme yanılsaması yarattığına dair bir hipotez de var. Bu versiyonda, karanlık enerji sorunu sadece bir yanılsama olacaktır.

Einstein bu kavramı teorilerine soktu - ve sonra kaldırdı - kozmolojik sabitkaranlık enerji ile ilişkilidir. Konsept, kozmolojik sabit kavramını değiştirmeye çalışan kuantum mekaniği teorisyenleri tarafından devam ettirildi. kuantum vakum alan enerjisi. Ancak bu teori 10¹²⁰ evreni bildiğimiz hızda genişletmek için gerekenden daha fazla enerji...

enflasyon

Теория uzay enflasyonu pek çok şeyi tatmin edici bir şekilde açıklıyor, ancak küçük (herkes için küçük değil) bir sorunu ortaya koyuyor - varlığının ilk döneminde genişleme hızının ışık hızından daha hızlı olduğunu öne sürüyor. Bu, uzay nesnelerinin şu anda görünür olan yapısını, sıcaklıklarını, enerjilerini vb. açıklayabilir. Ancak mesele şu ki, bu eski olayın şimdiye kadar hiçbir izi bulunamadı.

Imperial College London, Londra ve Helsinki ve Kopenhag Üniversitelerindeki araştırmacılar, 2014 yılında Fiziksel İnceleme Mektuplarında yerçekiminin, evrenin gelişiminin başlarında şiddetli şişme yaşaması için gereken kararlılığı nasıl sağladığını anlattı. Ekip analiz etti Higgs parçacıkları ve yerçekimi arasındaki etkileşim. Bilim adamları, bu türden küçük bir etkileşimin bile evreni stabilize edebileceğini ve onu felaketten kurtarabileceğini göstermiştir.

Sarmal gökada M33'ün dönüş hızının grafiği

Profesör, "Bilim adamlarının temel parçacıkların doğasını ve etkileşimlerini açıklamak için kullandıkları standart temel parçacık fiziği modeli, Evrenin Büyük Patlama'dan hemen sonra neden çökmediği sorusuna henüz yanıt vermedi" dedi. Geri Rajanti Imperial College Fizik Bölümü'nden. “Çalışmamızda Standart Modelin bilinmeyen parametresine, yani Higgs parçacıkları ile yerçekimi arasındaki etkileşime odaklandık. Bu parametre parçacık hızlandırıcı deneylerinde ölçülemez, ancak Higgs parçacıklarının şişirme aşamasındaki kararsızlığı üzerinde güçlü bir etkisi vardır. Bu parametrenin küçük bir değeri bile hayatta kalma oranını açıklamaya yeter.”

Bir kuasar tarafından aydınlatılan bir karanlık madde ağı

Bazı bilim adamları, enflasyonun bir kez başladığında durdurulmasının zor olduğuna inanıyor. Bunun sonucunun, bizimkinden fiziksel olarak ayrılmış yeni evrenlerin yaratılması olduğu sonucuna varıyorlar. Ve bu süreç bugüne kadar devam edecek. Çoklu evren, enflasyonist bir hızla yeni evrenler yaratmaya devam ediyor.

Işık hızının sabit hızı ilkesine dönersek, bazı enflasyon teorisyenleri ışık hızının, evet, katı bir sınır olduğunu, ancak sabit olmadığını öne sürüyorlar. Erken dönemde daha yüksekti ve enflasyona izin veriyordu. Şimdi düşmeye devam ediyor, ama o kadar yavaş ki onu fark edemiyoruz.

Etkileşimleri Birleştirmek

Sıradan madde, karanlık madde ve karanlık enerjinin mevcut dengesi

Standart Model, doğanın üç tür kuvvetini birleştirirken, zayıf ve güçlü etkileşimleri tüm bilim adamlarını tatmin edecek şekilde birleştirmez. Yerçekimi bir yana duruyor ve henüz temel parçacıklar dünyasının genel modeline dahil edilemez. Kütleçekimini kuantum mekaniği ile uzlaştırmaya yönelik herhangi bir girişim, hesaplamalara o kadar çok sonsuzluk getirir ki, denklemler değerlerini kaybeder.

kuantum kütleçekimi teorisi eşdeğerlik ilkesinden bilinen yerçekimi kütlesi ile eylemsizlik kütlesi arasındaki bağlantıda bir kopukluk gerektirir (bkz: "Evrenin Altı İlkesi" makalesi). Bu ilkenin ihlali, modern fiziğin inşasını baltalar. Böylece her şey hakkında bir rüya teorisinin yolunu açan böyle bir teori, şimdiye kadar bilinen fiziği de yok edebilir.

Yerçekimi, kuantum etkileşimlerinin küçük ölçeklerinde farkedilemeyecek kadar zayıf olsa da, kuantum fenomenlerinin mekaniğinde bir fark yaratacak kadar güçlü hale geldiği bir yer var. Bu Kara delikler. Bununla birlikte, içlerinde ve eteklerinde meydana gelen fenomenler hala çok az çalışılmış ve incelenmiştir.

Evreni Kurmak

Standart Model, parçacıklar dünyasında ortaya çıkan kuvvetlerin ve kütlelerin büyüklüğünü tahmin edemez. Bu nicelikleri ölçerek ve teoriye veri ekleyerek öğreniriz. Bilim adamları sürekli olarak ölçülen değerlerdeki küçük bir farkın evrenin tamamen farklı görünmesi için yeterli olduğunu keşfediyorlar.

Örneğin, bildiğimiz her şeyin kararlı maddesini korumak için gereken en küçük kütleye sahiptir. Karanlık madde ve enerji miktarı, galaksileri oluşturmak için dikkatlice dengelenir.

Evrenin parametrelerini ayarlamakla ilgili en kafa karıştırıcı sorunlardan biri, maddenin antimaddeye üstünlüğübu da her şeyin istikrarlı bir şekilde var olmasına izin verir. Standart Modele göre aynı miktarda madde ve antimadde üretilmelidir. Tabii ki, bizim bakış açımıza göre, maddenin bir avantajı olması iyidir, çünkü eşit miktarlar, her iki madde türünün şiddetli imha patlamalarıyla sarsılan Evrenin kararsızlığını ima eder.

Genişleyen ve daralan evrenlerle çoklu evrenin görselleştirilmesi

Ölçüm sorunu

karar измерение kuantum nesneleri dalga fonksiyonunun çöküşü, yani durumlarının ikiden (Schrödinger'in kedisi belirsiz bir "canlı veya ölü" durumundan) tek bir duruma (kediye ne olduğunu biliyoruz) "değişimi" anlamına gelir.

Ölçüm sorunuyla ilgili daha cesur hipotezlerden biri, ölçerken seçtiğimiz olasılıklar olan "birçok dünya" kavramıdır. Dünyalar her an ayrılıyor. Yani, bir kediyle bir kutuya baktığımız bir dünyamız ve bir kediyle bir kutuya bakmadığımız bir dünyamız var ... İlkinde - kedinin yaşadığı dünya ya da biri yaşamadığı vb. d.

Kuantum mekaniğinde bir şeylerin derinden yanlış olduğuna inanıyordu ve görüşünün hafife alınmaması gerekiyordu.

Dört ana etkileşim