Хар бодис гэж юу вэ? харанхуй материйн онол

2024 Зохиолч: Henry Conors | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-02-12 10:55

Өндөг эсвэл тахианы аль нь түрүүлж ирсэн бэ? Дэлхийн өнцөг булан бүрээс эрдэмтэд хэдэн арван жилийн турш энэ энгийн асуултын төлөө тэмцсээр ирсэн. Орчлон ертөнц үүсэх хамгийн эхэнд юу байсан тухай ижил төстэй асуулт гарч ирдэг. Гэхдээ энэ бүтээл үү, эсвэл орчлон ертөнцүүд мөчлөгтэй эсвэл хязгааргүй юу? Сансарт хар бодис гэж юу вэ, цагаан бодисоос юугаараа ялгаатай вэ? Янз бүрийн шашныг хойш нь тавиад эдгээр асуултын хариултыг шинжлэх ухааны үүднээс авч үзэхийг хичээцгээе. Сүүлийн хэдэн жилийн хугацаанд эрдэмтэд санаанд багтамгүй зүйлийг хийж чаджээ. Магадгүй түүхэнд анх удаа онолын физикчдийн тооцоо туршилтын физикчдийн тооцоотой тохирч байгаа байх. Олон жилийн турш шинжлэх ухааны нийгэмлэгт хэд хэдэн өөр онолыг танилцуулсан. Илүү бага эсвэл бага нарийвчлалтай, эмпирик аргаар, заримдаа бараг шинжлэх ухааны үндэслэлтэй боловч онолын тооцоолсон өгөгдлийг туршилтаар баталж, заримыг нь бүр арав гаруй жилээр (Жишээ нь Хиггс бозон) баталсан.

Хар бодис - хар энерги

Ийм олон онолууд байдаг, тухайлбал: Мөрний онол, Их тэсрэлтийн онол, Цикл ертөнцийн онол, Параллель ертөнцийн онол, Хувиргасан Ньютоны динамик (MOND), Ф. Хойл болон бусад. Гэсэн хэдий ч одоогийн байдлаар байнга өргөжиж, хувьсан өөрчлөгдөж буй орчлон ертөнцийн онолыг нийтээр хүлээн зөвшөөрсөн гэж үздэг бөгөөд эдгээрийн тезисүүд нь Их тэсрэлтийн үзэл баримтлалын хүрээнд маш сайн нийцэж байна. Үүний зэрэгцээ, бараг эмпирик байдлаар (өөрөөр хэлбэл эмпирик, гэхдээ том хүлцэлтэй, одоо байгаа орчин үеийн бичил ертөнцийн бүтцийн онолд үндэслэсэн) бидэнд мэдэгдэж байгаа бүх бичил хэсгүүд нь нийт эзэлхүүний ердөө 4.02% -ийг эзэлдэг гэсэн мэдээллийг олж авсан. Орчлон ертөнцийн бүхэл бүтэн бүтэц. Энэ бол "барион коктейль" буюу барионы бодис юм. Гэсэн хэдий ч манай Орчлон ертөнцийн дийлэнх хэсэг (95% -иас илүү) нь өөр төлөвлөгөө, өөр найрлага, шинж чанартай бодисууд юм. Энэ бол хар бодис, хар энерги гэж нэрлэгддэг зүйл юм. Тэд өөр өөрөөр ажилладаг: янз бүрийн урвалд өөр өөр хариу үйлдэл үзүүлдэг, одоо байгаа техникийн хэрэгслээр тогтоогдоогүй, урьд өмнө нь судлагдаагүй шинж чанаруудыг харуулдаг. Эндээс бид эдгээр бодисууд нь физикийн бусад хуулиудад захирагддаг (Ньютоны бус физик, Евклидийн бус геометрийн үгийн аналог) эсвэл манай шинжлэх ухаан, технологийн хөгжлийн түвшин зөвхөн үүсэх эхний шатанд байна гэж дүгнэж болно.

Барион гэж юу вэ?

Хүчтэй харилцан үйлчлэлийн одоогийн кварк-глюоны загварын дагуу ердөө арван зургаан энгийн бөөмс байдаг (мөн саяхан Хиггс бозоны нээлт үүнийг баталж байна): зургаан төрлийн (амт) кварк, найман глюон, хоёр бозон. Барионууд нь хүчтэй харилцан үйлчлэлтэй хүнд элементар бөөмс юм. Тэдгээрийн хамгийн алдартай нь кварк, протон, нейтрон юм. Ийм бодисын гэр бүлүүд өөр өөр байдагээрэх, масс, тэдгээрийн "өнгө", түүнчлэн "ид шид", "хачирхалтай" тоонууд нь бидний барионы материйн барилгын материал юм. Орчлон ертөнцийн нийт найрлагын 21.8%-ийг бүрдүүлдэг хар (хар) бодис нь цахилгаан соронзон цацраг ялгаруулдаггүй, түүнтэй ямар нэгэн байдлаар урвалд ордоггүй бусад хэсгүүдээс бүрддэг. Тиймээс, наад зах нь шууд ажиглалт хийх, тэр ч байтугай ийм бодисыг бүртгэхийн тулд эхлээд тэдний физикийг ойлгож, дагаж мөрдөх хуулиудыг нь тохиролцох шаардлагатай. Орчин үеийн олон эрдэмтэд дэлхийн судалгааны хүрээлэнгүүдэд үүнийг хийж байна.

Хамгийн магадлалтай сонголт

Ямар бодисыг боломжтой гэж үзэх вэ? Эхлэхийн тулд зөвхөн хоёр боломжит сонголт байгааг тэмдэглэх нь зүйтэй. GR ба SRT (Ерөнхий ба Тусгай Харьцангуй) дагуу найрлагын хувьд энэ бодис нь барион ба барион бус харанхуй бодис (хар) хоёулаа байж болно. Их тэсрэлтийн үндсэн онолоор бол одоо байгаа аливаа бодис нь барион хэлбэрээр дүрслэгддэг. Энэхүү дипломын ажил нь маш өндөр нарийвчлалтайгаар батлагдсан. Одоогийн байдлаар эрдэмтэд онцгой байдлын тэсрэлтээс хойш нэг минутын дараа, өөрөөр хэлбэл материйн хэт нягт төлөвт тэсрэлт хийснээс хойш үүссэн бөөмсийг барьж сурсан бөгөөд биеийн масс нь хязгааргүй, биеийн хэмжээ нь тэг болж байна. Барион тоосонцортой хувилбар нь хамгийн их магадлалтай, учир нь бидний орчлон ертөнц тэдгээрээс бүрдэж, түүгээр дамжин тэлэлтээ үргэлжлүүлж байна. хар бодис,Энэхүү таамаглалын дагуу энэ нь Ньютоны физикээр ерөнхийдөө хүлээн зөвшөөрөгдсөн үндсэн хэсгүүдээс бүрддэг боловч зарим шалтгааны улмаас цахилгаан соронзон аргаар сул харилцан үйлчилдэг. Ийм учраас детекторууд илрүүлдэггүй.

Тийм ч амар биш байна

Энэ хувилбар олон эрдэмтдэд тохирсон ч хариултаас илүү олон асуулт байсаар байна. Хэрэв хар ба цагаан бодис хоёулаа зөвхөн барионоор төлөөлдөг бол анхдагч нуклеосинтезийн үр дүнд хөнгөн барионуудын хүнд жингийн хувиар эзлэх хувь нь орчлон ертөнцийн анхны одон орны объектуудад өөр байх ёстой. Мөн туршилтаар манай галактикт хар нүх, нейтрон од гэх мэт хангалттай тооны таталцлын том биетүүдийн тэнцвэрт байдал нь манай Сүүн замын галактикийн массыг тэнцвэржүүлэхэд илчлэгдээгүй байна. Гэсэн хэдий ч ижил нейтрон одод, харанхуй галактикийн цагиргууд, хар нүхнүүд, цагаан, хар, хүрэн одойнууд (амьдралын мөчлөгийн янз бүрийн үе шатанд байгаа ододууд) нь харанхуй материас бүрддэг харанхуй материйн нэг хэсэг байх магадлалтай. Хар энерги нь преон, кварк, Q од зэрэг таамагласан таамаглал бүхий объектуудыг дүүргэж болно.

Барион бус нэр дэвшигчид

Хоёр дахь хувилбар нь барион бус гаралтай гэсэн үг. Энд хэд хэдэн төрлийн бөөмс нэр дэвшигчийн үүргийг гүйцэтгэж чадна. Жишээлбэл, оршин тогтнох нь эрдэмтэд аль хэдийн батлагдсан гэрлийн нейтрино. Гэсэн хэдий ч тэдний масс нь зуугийн нэгээс нэг хүртэл байнаарван мянган эВ (электрон-Вольт) нь шаардлагатай эгзэгтэй нягтралд хүрэх боломжгүй тул тэдгээрийг боломжит бөөмсөөс бараг хасдаг. Гэхдээ хүнд лептонтой хосолсон хүнд нейтрино нь ердийн нөхцөлд сул харилцан үйлчлэлд бараг илэрдэггүй. Ийм нейтриноуудыг ариутгасан гэж нэрлэдэг бөгөөд хамгийн их масс нь эВ-ийн аравны нэг хүртэл байдаг тул тэд харанхуй бодисын бөөмүүдэд нэр дэвшигч байх магадлал өндөр байдаг. Квантын хромодинамик болон стандарт загварт асуудлуудыг шийдвэрлэхийн тулд аксион ба сансар огторгуйн физик тэгшитгэлийг зохиомлоор нэвтрүүлсэн. Өөр нэг тогтвортой хэт тэгш хэмтэй бөөмстэй (SUSY-LSP) хамт тэд цахилгаан соронзон болон хүчтэй харилцан үйлчлэлд оролцдоггүй тул нэр дэвшигчийн шалгуурыг хангаж чадна. Гэсэн хэдий ч нейтринооос ялгаатай нь тэдгээр нь таамаглалтай хэвээр байгаа тул оршин байгааг нотлох шаардлагатай хэвээр байна.

Хар бодисын онол

Орчлон ертөнц дэх массын хомсдол нь энэ онооны талаар өөр өөр онолуудыг бий болгодог бөгөөд тэдгээрийн зарим нь нэлээд нийцдэг. Жишээлбэл, спираль галактик дахь оддын хачирхалтай бөгөөд асар хурдан эргэлтийг энгийн таталцал тайлбарлах боломжгүй гэсэн онол. Ийм хурдтайгаар тэд одоохондоо бүртгүүлэх боломжгүй байгаа ямар нэг баривчлах хүч биш юмаа гэхэд зүгээр л тэндээс нисдэг байсан. Бусад онолууд нь манай гурван хэмжээстээс ялгаатай n-хэмжээнд амьдардаг тул хуурай газрын нөхцөлд WIMP-ийг (их хэмжээний цахилгаан сул харилцан үйлчлэлцдэг бөөмс - энгийн дэд хэсгүүдийн түншүүд, хэт тэгш хэмтэй ба хэт хүнд - хамгийн тохиромжтой нэр дэвшигчид) олж авах боломжгүй болохыг тайлбарладаг. хэмжээст нэг. Калуза-Кляйн онолын дагуу ийм хэмжилт бидэнд байхгүй.

Өөрчлөгдөж буй одууд

Өөр нэг онол нь хувьсах одод болон хар бодис бие биетэйгээ хэрхэн харьцаж байгааг тайлбарладаг. Ийм одны тод байдал нь зөвхөн доторх метафизик үйл явцаас (судасны цохилт, хромосферийн идэвхжил, тодрох, хоёртын одны системд асгаралт, хиртэлт, хэт шинэ одны дэлбэрэлт) төдийгүй харанхуй материйн хэвийн бус шинж чанараас шалтгаалж өөрчлөгдөж болно.

WARP хөтөч

Нэг онолын дагуу хар бодисыг таамагласан WARP технологи (WARP Engine) дээр ажилладаг сансрын хөлгийн дэд сансрын хөдөлгүүрт түлш болгон ашиглаж болно. Ийм хөдөлгүүр нь хөлөг онгоцыг гэрлийн хурдаас давсан хурдаар хөдөлгөх боломжийг олгодог. Онолын хувьд тэд хөлөг онгоцны урд болон арын орон зайг нугалж, вакуум дахь цахилгаан соронзон долгион хурдасгахаас ч илүү хурдан хөдөлгөж чаддаг. Усан онгоц өөрөө орон нутгийн хэмжээнд хурдасдаггүй - зөвхөн урд талын орон зайн талбар нь нугалж байна. Олон уран зөгнөлт түүхүүд энэ технологийг ашигладаг, тухайлбал Star Trek үлгэр.

Газар дээрх нөхцөлд өсөлт

Дэлхий дээр хар бодис үүсгэж, олж авах оролдлого хараахан амжилтад хүрээгүй байна. Одоогийн байдлаар Хиггс бозоныг анх бүртгэж байсан LHC (Том Андрон Коллайдер) болон бусад хүч чадал багатай шугаман коллайдерууд дээр туршилт хийж байна. Тогтвортой, гэхдээ цахилгаан соронзон хувьд сул харилцан үйлчилдэг энгийн хэсгүүдийн түншүүд. Гэсэн хэдий ч photino, gravitino, higsino, sneutrino (neutralino) болон бусад WIMP-ийн аль нь ч хараахан олдоогүй байна. Эрдэмтдийн хийсэн урьдчилсан тооцоогоор хуурай газрын нөхцөлд нэг миллиграмм хар бодисыг олж авахын тулд АНУ-ын нэг жилийн хугацаанд зарцуулсан эрчим хүчтэй тэнцэх хэмжээний эрчим хүч шаардлагатай.