როგორ შექმნა ბნელი მატერია სამყარო

Სარჩევი:

როგორ შექმნა ბნელი მატერია სამყარო
როგორ შექმნა ბნელი მატერია სამყარო
Anonim

იდუმალი ნაწილაკები ირიბად გაუკვალავს გზას კაცობრიობას - და კლავს დინოზავრებს, წერს სტატია ავტორი ახალ რესპუბლიკაში. მეცნიერები ჯერ კიდევ მხოლოდ იმის გაგებაში არიან, თუ რა არის ბნელი მატერია. მაგრამ ეჭვგარეშეა, რომ მისმა გრავიტაციულმა გავლენამ დიდი გავლენა მოახდინა სამყაროს განვითარებაზე.

ბევრს ხიბლავს მრავალ სამყაროს იდეა - სხვა სამყაროები, რომლებიც ჩვენს ხელთ არ არის. მაგრამ მრავალი ფარული სამყარო, რომელთა შესწავლა და გაგება გვაქვს, ერთნაირად მომხიბვლელია. ჩვენს ხელთ არსებული თანამედროვე იდეებითა და ტექნოლოგიებით, ჩვენ ვუახლოვდებით იმ მომენტს, როდესაც ბნელი მატერია იქნება საბოლოო საზღვარი - ან თუნდაც მომდევნო საინტერესო აღმოჩენა.

ბნელი მატერია არის მოუხელთებელი არსება სამყაროში. ჩვეულებრივი მატერიის მსგავსად, ის ურთიერთქმედებს მიმდებარე სამყაროსთან გრავიტაციის საშუალებით, ხოლო არ ასხივებს ან შთანთქავს შუქს. ასტრონომები აღრიცხავენ მის გრავიტაციულ გავლენას, მაგრამ პირდაპირ ვერ ხედავენ და არ გრძნობენ მას. ბნელი მატერია ხუთჯერ მეტ ენერგიას ატარებს ვიდრე ჩვეულებრივი მატერია, მაგრამ მისი ურთიერთქმედება მატერიასთან, რომელიც პირდაპირ შეიძლება შეინიშნოს, უკიდურესად სუსტია. ალბათ მილიარდობით ბნელი მატერიის ნაწილაკები გადის თითოეულ ჩვენგანში ყოველ წამს. თუმცა, მათ ყოფნას არავინ ამჩნევს. მილიარდი ბნელი მატერიის ნაწილაკიც კი უმნიშვნელო გავლენას ახდენს ჩვენზე.

ეს იმიტომ ხდება, რომ ბნელი მატერია არ შეიცავს იგივე ნივთიერებებს, როგორც ჩვეულებრივი მატერია - ატომები ან ჩვენთვის ცნობილი სხვა ელემენტარული ნაწილაკები, რომელთა ურთიერთქმედება სინათლესთან არის პასუხისმგებელი ყველაფერზე, რასაც ჩვენ ვხედავთ. ბნელი მატერია სინამდვილეში არ არის ბნელი - ის გამჭვირვალეა. ბნელი საგნები შთანთქავს შუქს. გამჭვირვალე მატერია, მათ შორის ის, რაც უბედურებას უწოდებდნენ "ბნელს", ჩვენთვის შეუმჩნეველია. შეუძლებელია ბნელი მატერიის შეგროვება სარდაფში ან ავტოფარეხში.

თუმცა, ახლახან სცენარისტმა მკითხა ბნელი მატერიის ძალის გამოყენების შესაძლებლობების შესახებ. მიუხედავად აღტკინებისა, რომელსაც ბნელი საგნები ჩვეულებრივ გვაიძულებს, საკმარისია შევხედოთ ბევრ წიგნს და ფილმს, რომლის სათაურებშიც ეს სიტყვა ჩანს! - ბნელი მატერია არ არის არც ბოროტი და არც მდიდარი სტრატეგიული ძალა. არც საკუთარი ხელით და არც ჩვეულებრივი მატერიისგან დამზადებული ხელსაწყოებით, ჩვენ არ შეგვიძლია წარმოვადგინოთ სარაკეტო იარაღი ან ბნელი მატერიის ხაფანგები. მისი პოვნა უკვე ადვილი საქმე არ არის. მისი პოტენციალის გამოყენება სრულიად განსხვავებული ამბავია.

მოდით მივაკუთვნოთ მწერლის სურვილზე ფიქრის გადატანა უბედურ არჩეულ სახელს, რომლის გამო, ალბათ, ბნელი მატერია უფრო საშიშად და ძლიერად გამოიყურება, ვიდრე ის რეალურად არის. მაგრამ სანამ ადამიანები ვერ დაეუფლებიან ბნელი მატერიის ძალას, სამყაროს შეუძლია. მიუხედავად იმისა, ვაღიარებთ თუ არა მის წვლილს, მაგრამ - უხილავი მუშების მსგავსად, რომლებიც ააშენეს პირამიდები, გზატკეცილები, ან დეტალურად შეიკრიბნენ ელექტრონული მექანიზმები, რომლებიც გადამწყვეტ როლს თამაშობდნენ ცივილიზაციის განვითარებაში - ბნელ მატერიას უდიდესი მნიშვნელობა აქვს ჩვენი კოსმოსის განვითარებისათვის. თუ ჩვენი ერთობლივი კვლევა დაადასტურებს წამოყენებულ ჰიპოთეზებს, ჩვენ შეიძლება კარგად შევძლოთ იმის დამტკიცება, რომ ბნელმა მატერიამ არაპირდაპირი გზით გაუხსნა გზა დიდი ძუძუმწოვრების და, შესაბამისად, კაცობრიობის გაჩენას.

Შავი ხვრელი

პალეონტოლოგებმა, გეოლოგებმა და ფიზიკოსებმა აღმოაჩინეს, რომ 66 მილიონი წლის წინ, ობიექტი კოსმოსიდან დედამიწაზე დაეცა, სულ მცირე, ათი კილომეტრის სიგანის. მან გაანადგურა ხმელეთის დინოზავრები და პლანეტაზე არსებული სხვა სახეობების სამი მეოთხედი. ჩვენ ვვარაუდობთ, რომ როდესაც მზე გადის ირმის ნახტომის შუა სიბრტყეზე - ვარსკვლავების ზოლი და ნათელი მტვერი, რომელიც ნათელ ღამის ცაზე ჩანს - მზის სისტემა შეხვდა ბნელი მატერიის დისკს, რამაც გამოიწვია შორეული გადაადგილება ობიექტი, რითაც აიძულა ეს კატასტროფული გავლენა - და შესაძლოა სხვები 30-35 მილიონი წლის ინტერვალით.ჩვენი ჰიპოთეზა არის ის, რომ ნაკლებად ტრადიციული ტიპის ბნელი მატერია ჩამოიშალა სქელ დისკზე (თუნდაც უფრო მკვრივი ვიდრე ირმის ნახტომის დისკი) და ამ დისკის გრავიტაციულმა ეფექტმა შეცვალა კომეტების ტრაექტორია მზის სისტემაში გავლისას.

ჩვენს მიერ შემოთავაზებული ბნელი მატერიის კონცეფცია განსხვავდება ფართოდ გავრცელებული შეხედულებებისაგან მის ბუნებაზე. მიუხედავად იმისა, რომ ხილულ სამყაროს აქვს მრავალი განსხვავებული სახის ნაწილაკი - მაგალითად, კვარკები და ელექტრონები, ფოტონები და გლუონები - და ეს ნაწილაკები ურთიერთქმედებენ სხვადასხვა ძალებით (ელექტრომაგნიტური, ძლიერი და სუსტი), ფიზიკოსები ჩვეულებრივ ფიქრობენ, რომ ყველა ბნელი მატერია შედგება ერთი ტიპის ნაწილაკები, რომლებიც უმეტესად ურთიერთქმედებენ მხოლოდ გრავიტაციის საშუალებით. რატომ არ უნდა ვივარაუდოთ, რომ არსებობს ასევე სხვადასხვა სახის ბნელი მატერია და რომ სულ მცირე ერთ მათგანს აქვს თავისი ურთიერთქმედების ძალები?

თუ დავუშვებთ, რომ ბნელი მატერიის ნაწილაკების მცირე ნაწილიც კი ბნელი მატერიის სხვა ნაწილაკებთან ურთიერთქმედებს ბნელი ელექტრომაგნიტური ძალის საშუალებით, მაშინ ეს ბნელი მატერიის ნაწილაკები უნდა მოიქცნენ ჩვეულებრივი მატერიის ნაწილაკების მსგავსად, რომლებიც, როგორც ვიცით, გაცივდებიან გალაქტიკაში, ნელა შემცირდეს მათი სიჩქარე და შექმნან დისკი, მსგავსი ჩვენი ირმის ნახტომის ხილული დისკისა. ირმის ნახტომის მილიარდი ვარსკვლავის მოძრაობის გაზომვით, გაია თანამგზავრი ქმნის ჩვენი გალაქტიკის ფორმის 3D სურათს, რომელიც დღეს მგრძნობიარეა ბნელი მატერიის დისკის გრავიტაციული გავლენის მიმართ.

როგორიც არ უნდა იყოს ამ ტიპის ბნელი მატერიის ძიების შედეგები, ჩვენ ვიცით, რომ ბნელ მატერიას მნიშვნელოვანი როლი შეუსრულებია ხილული სამყაროს ისტორიაში. მიუხედავად ურთიერთქმედების სისუსტისა, ბნელი მატერიის გრავიტაციულმა წვიმამ წარმოქმნა გალაქტიკები და გალაქტიკათა გროვები, რომლებიც მიმოფანტულია კოსმოსში. ბნელი მატერიის გარეშე ვარსკვლავები ვერ მიაღწევდნენ თავიანთ ამჟამინდელ ზომას და სხვანაირად გადანაწილდებოდნენ.

ჩვენ არ ვიქნებოდით ამ ყველაფრის განსახილველად, რომ აღარაფერი ვთქვათ სამყაროს ევოლუციის ყოვლისმომცველი სურათის შეგროვებაზე, რომ არა ბნელ მატერიაზე, რომელიც საკმარის დროს გვაძლევს სტრუქტურის ფორმირებისათვის, რომელსაც ჩვენ ახლა ვაკვირდებით.

მე –20 საუკუნის ერთ – ერთ ყველაზე გასაოცარ აღმოჩენაში, დიდი აფეთქებიდან CMB– ის დაკვირვებამ აჩვენა, რომ როდესაც სამყარო ქვიშის მარცვლის ზომის იყო, მის სიმკვრივეში მცირედი გადახრები იყო. ეს მცირე რყევები - 0.001% -ზე ნაკლები - საბოლოოდ გახდა თქვენი, მე, გალაქტიკების და სამყაროს ყველა სტრუქტურის წარმოშობა. ბნელმა მატერიამ გადამწყვეტი როლი შეასრულა სიმკვრივის ამ მცირე გადახრების გაძლიერებაში და ამ კოსმოსური სტრუქტურების ჩამოყალიბების საშუალება მისცა.

მატერია, რადიაციისგან განსხვავებით, სამყაროს არსებობის ადრეულ სტადიაზე შეიძლება შენელდეს და გაერთიანდეს. გრავიტაციულმა მიზიდულობამ უფრო მაღალი სიმკვრივის მქონე ადგილებში გამოიწვია ის, რომ მატერიის ზოგიერთი უბანი დაიშალა, რითაც კიდევ უფრო გაზარდა მატერიის სიმკვრივე და გამოიწვია გალაქტიკების წარმოქმნა. ასე რომ, სამყარო უფრო და უფრო არაერთგვაროვანი ხდება, რადგან მატერიით მდიდარი რეგიონები კიდევ უფრო გამდიდრდება და ღარიბები ღარიბდებიან. მატერიის აგრეგაცია გაგრძელდა მატერიის მუდმივი დაშლის გამო პოზიტიური უკუკავშირის პროცესში, რამაც თავდაპირველად ერთგვაროვანი სამყარო გადააქცია ისეთებად, რაც საბოლოოდ გადაიქცევა დიფერენცირებულ გალაქტიკებად, მტევნებად და ვარსკვლავებად, რასაც ჩვენ დღეს ვხედავთ. ვინაიდან ბნელი მატერიის რაოდენობა გაცილებით მეტია ვიდრე ჩვეულებრივი მატერიის რაოდენობა, ეს დაშლა მოხდა უფრო ადრე, ვიდრე სამყაროში მხოლოდ ჩვეულებრივი მატერია იქნებოდა. ეს მნიშვნელოვანია, რადგან მან მისცა იმ სტრუქტურას, რომელსაც ჩვენ დღეს ვხედავთ, რომ გაიზარდოს.

აქტიური შავი ხვრელი, როგორც მხატვარმა დაინახა

მაგრამ ბნელმა მატერიამ მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა სხვა მიზეზის გამოაც.მაშინაც კი, თუ ის არ არის ენერგიის მთავარი ფორმა სამყაროში, რადიაცია ასუფთავებს ჩვეულებრივი მატერიის სიმკვრივის ცვლილებებს, ისევე როგორც ქარი ასუფთავებს ზღვის ნაპირზე აღბეჭდილ ქვიშიან შეშუპებას. სამყაროს ევოლუციის დასაწყისში გამოსხივებამ შეიძლება ხელი შეუშალოს გალაქტიკათა ზომის ობიექტების ფორმირებას წმინდა ჩვეულებრივი მატერიიდან.

ბნელ მატერიას შეუძლია სტაბილურად შექმნას ასეთი სტრუქტურები, რადგან ის იმუნურია ელექტრომაგნიტური გამოსხივებისგან. შესაბამისად, ბნელმა მატერიამ საკმაოდ ეფექტურად მისცა ჩვეულებრივ მატერიას დამატებითი დასაწყისი, რაც გზას უხსნიდა გალაქტიკებისა და ვარსკვლავური სისტემების ფორმირებას. ბნელ მატერიასთან ერთად მხოლოდ "ავტოსტოპით" გალაქტიკური მასშტაბის ობიექტები და ვარსკვლავების ელემენტები შეიძლება ჩამოყალიბდეს ჩვენს სამყაროში. როდესაც საკმაოდ დიდი რეგიონი დაინგრა, ბნელმა მატერიამ წარმოქმნა დაახლოებით სფერული ჰალო, რომლის შიგნით ჩვეულებრივი მატერიის გაზი შეიძლებოდა გაციებულიყო, კონცენტრირებულიყო ცენტრში და საბოლოოდ დაშლილიყო ვარსკვლავებად.

ბნელი მატერიისა და ჩვეულებრივი მატერიის ეს ერთდროული დაშლა ასევე გვეხმარება ბნელი მატერიის ძიებაში. მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენ ვხედავთ ვარსკვლავებსა და გალაქტიკებს გამოსხივებული შუქის წყალობით, ეს იყო ბნელი მატერია, რომელიც თავდაპირველად იზიდავდა ხილულ მატერიას ამ სტრუქტურების შესაქმნელად. ასე რომ, მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენ უშუალოდ ვაკვირდებით მხოლოდ ჩვეულებრივ მატერიას, შეგვიძლია დარწმუნებული ვიყოთ, რომ ორივე მატერია ერთსა და იმავე ადგილას არის და რომ ბნელი მატერია რჩება ამ სფერულ ჰალოში ხილული მატერიის გარშემო. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, გარკვეული თვალსაზრისით, აზრი აქვს ბნელი მატერიის ძიებას ლამპის ძირში.

ბნელი მატერია აგრძელებს მნიშვნელოვან როლს სივრცეში. ის არა მხოლოდ ხელს უწყობს გრავიტაციულ მიზიდულობას, რაც ხელს უშლის ვარსკვლავების გაფანტვას, არამედ ასევე უბრუნებს ზოგიერთ საკითხს, რომელიც სუპერნოვამ გამოაგდო გალაქტიკებში. ამრიგად, ბნელი მატერია ხელს უწყობს მძიმე ელემენტების შენარჩუნებას, რომლებიც აუცილებელია ვარსკვლავების შემდგომი ფორმირებისთვის და საბოლოოდ სიცოცხლისთვის.

ძალიან ნუ იდარდებთ გარდაუვალ უარყოფით ასოციაციებზე ცნებასთან „ბნელი“ან ბნელი მატერიის უმაღლესი ძალები. ბნელი მატერიის ნაწილაკის ეფექტი - ან თუნდაც ამ ნაწილაკების მილიარდი - ადვილია იგნორირება. ამასთან, გარკვეულ ზონაში დაგროვილი საკმაოდ დიდი რაოდენობის ბნელი მატერიის გრავიტაციულმა გავლენამ მნიშვნელოვანი გავლენა მოახდინა სამყაროს განვითარებაზე. ისევე როგორც ჩვენს გარემოს უგულებელყოფილი სხვა ერთეულები, ბნელი მატერია აუცილებელია ჩვენი სამყაროსთვის და, ჩვენი ბოლოდროინდელი კვლევის თანახმად, შესაძლოა საჭირო იყო ადამიანის სიცოცხლის წარმოშობისათვის.

მე და ჩემი კოლეგები ვართ მხოლოდ იმის გაგებაში, თუ რა არის ბნელი მატერია. ბნელი მატერია არ გამოირჩევა სივრცეში, ამიტომ Enterprise გემი ვერ შეძლებს ჩვენში გადაყვანას - თუმცა, ამ კოსმოსური ხომალდისგან განსხვავებით, ბნელი მატერია რეალურია. მიუხედავად ამისა, მიმდინარე კვლევები გვპირდება, რომ გადავლახავთ ჩვენს ფიზიკურ შეზღუდვებს და უკეთ გავიგებთ ბნელი მატერიის მოუხელთებელ, მაგრამ პოტენციურად ხელმისაწვდომ სამყაროს.

გირჩევთ: