ბნელი მატერია. ექვსი კოსმოლოგიური პრობლემა
ობიექტების მოძრაობა კოსმოსური მასშტაბით ემორჩილება ძველ კარგ ნიუტონის თეორიას. თუმცა, 30-იან წლებში ფრიც ცვიკის აღმოჩენამ და შემდგომმა მრავალრიცხოვანმა დაკვირვებამ შორეულ გალაქტიკებზე, რომლებიც ბრუნავენ იმაზე სწრაფად, ვიდრე მათი აშკარა მასა, აიძულა ასტრონომები და ფიზიკოსები გამოეთვალათ ბნელი მატერიის მასა, რომელიც პირდაპირ ვერ განისაზღვრა დაკვირვების ნებისმიერ დიაპაზონში. . ჩვენს ინსტრუმენტებზე. გადასახადი ძალიან მაღალი აღმოჩნდა - ახლა დადგენილია, რომ სამყაროს მასის თითქმის 27% ბნელი მატერიაა. ეს ხუთჯერ მეტია ვიდრე ჩვენი დაკვირვებისთვის ხელმისაწვდომი "ჩვეულებრივი" საკითხი.
სამწუხაროდ, ელემენტარული ნაწილაკები არ ითვალისწინებენ ნაწილაკების არსებობას, რომლებიც შეადგენენ ამ იდუმალ მასას. აქამდე ჩვენ ვერ შევძელით მათი აღმოჩენა ან მაღალი ენერგიის სხივების გამომუშავება შეჯახების ამაჩქარებლებში. მეცნიერთა ბოლო იმედი იყო „სტერილური“ ნეიტრინოების აღმოჩენა, რომელსაც შეეძლო ბნელი მატერიის შექმნა. თუმცა, ჯერჯერობით მათი აღმოჩენის მცდელობებიც წარუმატებელი აღმოჩნდა.
ბნელი ენერგია
მას შემდეგ, რაც 90-იან წლებში გაირკვა, რომ სამყაროს გაფართოება არ არის მუდმივი, არამედ აჩქარებული, საჭირო იყო გამოთვლების კიდევ ერთი დამატება, ამჯერად სამყაროში ენერგიით. აღმოჩნდა, რომ ამ აჩქარების ასახსნელად დამატებითი ენერგია (ე.ი. მასები, რადგან ფარდობითობის სპეციალური თეორიის მიხედვით ისინი ერთნაირია) - ე.ი. ბნელი ენერგია - უნდა შეადგენდეს სამყაროს დაახლოებით 68%-ს.
ეს ნიშნავს, რომ სამყაროს ორ მესამედზე მეტი შედგება... ღმერთმა იცის რა! რადგან, როგორც ბნელი მატერიის შემთხვევაში, ჩვენ ვერ შევძელით მისი ბუნების დაჭერა ან შესწავლა. ზოგი თვლის, რომ ეს არის ვაკუუმის ენერგია, იგივე ენერგია, რომლის დროსაც ნაწილაკები „არაფრისგან“ ჩნდება კვანტური ეფექტების შედეგად. სხვები ვარაუდობენ, რომ ეს არის "კვინტესენცია", ბუნების მეხუთე ძალა.
ასევე არსებობს ჰიპოთეზა, რომ კოსმოლოგიური პრინციპი საერთოდ არ მუშაობს, სამყარო არაჰომოგენურია, აქვს სხვადასხვა სიმკვრივე სხვადასხვა ზონაში და ეს რყევები ქმნის აჩქარებული გაფართოების ილუზიას. ამ ვერსიაში ბნელი ენერგიის პრობლემა მხოლოდ ილუზია იქნება.
აინშტაინმა შეიტანა თავის თეორიებში - და შემდეგ ამოიღო - კონცეფცია კოსმოლოგიური მუდმივიბნელ ენერგიასთან ასოცირდება. კონცეფცია გააგრძელეს კვანტური მექანიკის თეორეტიკოსებმა, რომლებიც ცდილობდნენ ჩაენაცვლებინათ კოსმოლოგიური მუდმივობის ცნება. კვანტური ვაკუუმის ველის ენერგია. თუმცა, ამ თეორიამ მისცა 10120 მეტი ენერგია, ვიდრე საჭიროა სამყაროს გასაფართოვებლად იმ სიჩქარით, რაც ჩვენ ვიცით...
ინფლაცია
Теория სივრცის ინფლაცია ის ბევრს ხსნის დამაკმაყოფილებლად, მაგრამ შემოაქვს მცირე (კარგად, ყველასთვის არა პატარა) პრობლემა - ის ვარაუდობს, რომ მისი არსებობის ადრეულ პერიოდში მისი გაფართოების სიჩქარე უფრო სწრაფი იყო ვიდრე სინათლის სიჩქარე. ამით აიხსნება კოსმოსური ობიექტების ამჟამად ხილული სტრუქტურა, მათი ტემპერატურა, ენერგია და ა.შ. თუმცა საქმე იმაშია, რომ ამ უძველესი მოვლენის კვალი ჯერჯერობით არ არის ნაპოვნი.
ლონდონის საიმპერატორო კოლეჯის, ლონდონის და ჰელსინკისა და კოპენჰაგენის უნივერსიტეტების მკვლევარებმა 2014 წელს Physical Review Letters-ში აღწერეს, თუ როგორ უზრუნველყო გრავიტაცია სამყაროსთვის საჭირო სტაბილურობისთვის, რათა განიცადოს ძლიერი ინფლაცია მისი განვითარების დასაწყისში. გუნდმა გააანალიზა ჰიგსის ნაწილაკებსა და გრავიტაციას შორის ურთიერთქმედება. მეცნიერებმა აჩვენეს, რომ ამ ტიპის მცირე ურთიერთქმედებასაც კი შეუძლია სამყაროს სტაბილიზაცია და კატასტროფისგან გადარჩენა.
სპირალური გალაქტიკა M33-ის ბრუნვის სიჩქარის გრაფიკი
„ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის სტანდარტული მოდელი, რომელსაც მეცნიერები იყენებენ ელემენტარული ნაწილაკების ბუნებისა და მათი ურთიერთქმედების ასახსნელად, ჯერ არ უპასუხა კითხვას, თუ რატომ არ დაინგრა სამყარო დიდი აფეთქებისთანავე“, - თქვა პროფესორმა. უკან რაჯანტი იმპერიული კოლეჯის ფიზიკის განყოფილებიდან. „ჩვენს კვლევაში ჩვენ ყურადღება გავამახვილეთ სტანდარტული მოდელის უცნობ პარამეტრზე, ანუ ჰიგსის ნაწილაკებსა და გრავიტაციას შორის ურთიერთქმედებაზე. ამ პარამეტრის გაზომვა შეუძლებელია ნაწილაკების ამაჩქარებლის ექსპერიმენტებში, მაგრამ მას აქვს ძლიერი გავლენა ჰიგსის ნაწილაკების არასტაბილურობაზე ინფლაციის ფაზაში. ამ პარამეტრის მცირე მნიშვნელობაც კი საკმარისია გადარჩენის მაჩვენებლის ასახსნელად“.
ბნელი მატერიის ქსელი, რომელიც განათებულია კვაზარით
ზოგიერთი მკვლევარი თვლის, რომ ინფლაციის დაწყებისთანავე ძნელია შეჩერება. ისინი ასკვნიან, რომ მისი შედეგი იყო ჩვენგან ფიზიკურად გამოყოფილი ახალი სამყაროების შექმნა. და ეს პროცესი დღემდე გაგრძელდება. მულტი სამყარო კვლავ აჩენს ახალ სამყაროებს ინფლაციურ სწრაფვაში.
სინათლის მუდმივი სიჩქარის პრინციპს რომ დავუბრუნდეთ, ზოგიერთი ინფლაციის თეორეტიკოსი ვარაუდობს, რომ სინათლის სიჩქარე, დიახ, მკაცრი ზღვარია, მაგრამ არა მუდმივი. ადრეულ ეპოქაში უფრო მაღალი იყო, რაც ინფლაციის საშუალებას იძლეოდა. ახლა ის აგრძელებს ვარდნას, მაგრამ ისე ნელა, რომ ვერ ვამჩნევთ.
ურთიერთქმედებების შერწყმა
ჩვეულებრივი მატერიის, ბნელი მატერიისა და ბნელი ენერგიის მიმდინარე ბალანსი
სტანდარტული მოდელი, მიუხედავად იმისა, რომ აერთიანებს ბუნების სამი ტიპის ძალებს, არ აერთიანებს სუსტ და ძლიერ ურთიერთქმედებებს ყველა მეცნიერის დასაკმაყოფილებლად. გრავიტაცია განზე დგას და ჯერ ვერ შედის ელემენტარული ნაწილაკების სამყაროს ზოგად მოდელში. გრავიტაციის კვანტურ მექანიკასთან შერიგების ნებისმიერი მცდელობა გამოთვლებში იმდენ უსასრულობას შემოაქვს, რომ განტოლებები კარგავს მნიშვნელობას.
გრავიტაციის კვანტური თეორია მოითხოვს შეწყვეტას გრავიტაციულ მასასა და ინერციულ მასას შორის, რომელიც ცნობილია ეკვივალენტობის პრინციპიდან (იხ. სტატია: „სამყაროს ექვსი პრინციპი“). ამ პრინციპის დარღვევა ძირს უთხრის თანამედროვე ფიზიკის მშენებლობას. ამრიგად, ასეთ თეორიას, რომელიც გზას უხსნის სიზმრების თეორიას ყველაფერზე, შეუძლია გაანადგუროს აქამდე ცნობილი ფიზიკა.
მიუხედავად იმისა, რომ გრავიტაცია ზედმეტად სუსტია იმისთვის, რომ შესამჩნევი იყოს კვანტური ურთიერთქმედების მცირე მასშტაბებზე, არის ადგილი, სადაც ის საკმარისად ძლიერი ხდება, რათა შეცვალოს კვანტური ფენომენების მექანიკაში. ეს შავი ხვრელები. თუმცა, შიგნით და მათ გარეუბანში მომხდარი ფენომენები ჯერ კიდევ ნაკლებად არის შესწავლილი და შესწავლილი.
სამყაროს დაყენება
სტანდარტულ მოდელს არ შეუძლია წინასწარ განსაზღვროს ნაწილაკების სამყაროში წარმოქმნილი ძალებისა და მასების სიდიდე. ჩვენ ვიგებთ ამ რაოდენობებს თეორიაში მონაცემების გაზომვით და დამატებით. მეცნიერები მუდმივად აღმოაჩენენ, რომ გაზომილ მნიშვნელობებში მცირე განსხვავება საკმარისია იმისთვის, რომ სამყარო სრულიად განსხვავებულად გამოიყურებოდეს.
მაგალითად, მას აქვს ყველაზე მცირე მასა, რომელიც საჭიროა სტაბილური მატერიის მხარდასაჭერად ყველაფერი რაც ჩვენ ვიცით. ბნელი მატერიისა და ენერგიის რაოდენობა საგულდაგულოდ დაბალანსებულია გალაქტიკების შესაქმნელად.
სამყაროს პარამეტრების დარეგულირების ერთ-ერთი ყველაზე გაუგებარი პრობლემაა მატერიის უპირატესობა ანტიმატერიაზერაც ყველაფრის სტაბილურად არსებობის საშუალებას აძლევს. სტანდარტული მოდელის მიხედვით, მატერიისა და ანტიმატერიის იგივე რაოდენობა უნდა წარმოიქმნას. რა თქმა უნდა, ჩვენი გადმოსახედიდან, კარგია, რომ მატერიას აქვს უპირატესობა, რადგან თანაბარი რაოდენობა გულისხმობს სამყაროს არასტაბილურობას, შერყეულს ორივე ტიპის მატერიის განადგურების ძალადობრივი აფეთქებებით.
მულტი სამყაროს ვიზუალიზაცია გაფართოებული და შეკუმშული სამყაროებით
გაზომვის პრობლემა
გადაწყვეტილება გაზომვა კვანტური ობიექტები ნიშნავს ტალღის ფუნქციის კოლაფსს, ანუ მათი მდგომარეობის „ცვლას“ ორიდან (შროდინგერის კატა განუსაზღვრელი „ცოცხალი ან მკვდარი“) ერთზე (ვიცით, რა დაემართა კატას).
გაზომვის პრობლემასთან დაკავშირებული ერთ-ერთი უფრო თამამი ჰიპოთეზა არის „ბევრი სამყაროს“ კონცეფცია – შესაძლებლობები, რომლიდანაც ჩვენ ვირჩევთ გაზომვისას. სამყაროები ყოველ წამს ჰყოფენ ერთმანეთს. ასე რომ, ჩვენ გვაქვს სამყარო, რომელშიც ჩვენ ვუყურებთ ყუთს კატასთან ერთად, და სამყარო, რომელშიც ჩვენ არ ვუყურებთ ყუთს კატასთან ერთად... პირველში - სამყარო, რომელშიც კატა ცხოვრობს, ან ის. რომელშიც ის არ ცხოვრობს და ა.შ. დ.
მას სჯეროდა, რომ კვანტურ მექანიკაში რაღაც ღრმად არასწორი იყო და მისი აზრი მსუბუქად არ უნდა მიეღო.
ოთხი ძირითადი ურთიერთქმედება
