Qaranlıq maddə. Altı kosmoloji problem

Kosmik miqyasda cisimlərin hərəkəti köhnə Nyuton nəzəriyyəsinə tabedir. Bununla belə, 30-cu illərdə Fritz Zwicky-nin kəşfi və görünən kütləsindən daha sürətli fırlanan uzaq qalaktikaların sonrakı çoxsaylı müşahidələri astronomları və fizikləri heç bir mövcud müşahidə diapazonunda birbaşa müəyyən edilə bilməyən qaranlıq maddənin kütləsini hesablamağa sövq etdi. . alətlərimizə. Hesabın çox yüksək olduğu ortaya çıxdı - indi kainatın kütləsinin demək olar ki, 27% -ni qaranlıq maddə təşkil etdiyi təxmin edilir. Bu, bizim müşahidələrimiz üçün mövcud olan “adi” materiyadan beş dəfə artıqdır.

Təəssüf ki, elementar hissəciklər bu sirli kütləni təşkil edəcək hissəciklərin mövcudluğunu qabaqcadan görmürlər. İndiyə qədər biz onları aşkar edə və ya toqquşan sürətləndiricilərdə yüksək enerjili şüalar yarada bilməmişik. Alimlərin son ümidi qaranlıq maddəni təşkil edə bilən "steril" neytrinoların kəşfi idi. Lakin indiyədək onları aşkar etmək cəhdləri də uğursuz alınıb.

Qaranlıq enerji

90-cı illərdə kainatın genişlənməsinin sabit deyil, sürətləndirici olduğu aşkar edildiyi üçün hesablamalara bu dəfə kainatdakı enerji ilə daha bir əlavə tələb olundu. Məlum oldu ki, bu sürətlənməni izah etmək üçün əlavə enerji (yəni kütlələr, çünki xüsusi nisbilik nəzəriyyəsinə görə onlar eynidir) - yəni. qaranlıq enerji - kainatın təxminən 68% -ni təşkil etməlidir.

Bu o demək olardı ki, kainatın üçdə ikisindən çoxu... Allah bilir nədən ibarətdir! Çünki qaranlıq maddədə olduğu kimi, onun təbiətini tuta və araşdıra bilməmişik. Bəziləri hesab edir ki, bu, kvant effektləri nəticəsində hissəciklərin “yoxdan” göründüyü eyni enerji olan vakuumun enerjisidir. Digərləri isə bunun təbiətin beşinci qüvvəsi olan “kvintessensiya” olduğunu irəli sürürlər.

Belə bir fərziyyə də var ki, kosmoloji prinsip heç işləmir, Kainat qeyri-homogendir, müxtəlif ərazilərdə müxtəlif sıxlığa malikdir və bu dalğalanmalar genişlənmənin sürətlənməsi illüziyasını yaradır. Bu versiyada qaranlıq enerji problemi sadəcə bir illüziya olardı.

Eynşteyn bu konsepsiyanı öz nəzəriyyələrinə daxil etdi - sonra da çıxardı kosmoloji sabitqaranlıq enerji ilə əlaqələndirilir. Konsepsiya kosmoloji sabit anlayışını əvəz etməyə çalışan kvant mexanikası nəzəriyyəçiləri tərəfindən davam etdirildi. kvant vakuum sahəsinin enerjisi. Ancaq bu nəzəriyyə 10 verdi¹²⁰ kainatı bildiyimiz sürətlə genişləndirmək üçün lazım olduğundan daha çox enerji...

inflyasiya

Теория kosmik inflyasiya çox şeyi qənaətbəxş izah edir, lakin kiçik (yaxşı, hər kəs üçün kiçik deyil) problem təqdim edir - bu, mövcudluğunun ilk dövründə onun genişlənmə sürətinin işıq sürətindən daha sürətli olduğunu göstərir. Bu, kosmik cisimlərin hazırda görünən quruluşunu, onların temperaturunu, enerjisini və s. izah edərdi. Lakin məsələ ondadır ki, bu qədim hadisənin izləri indiyədək tapılmayıb.

London, London İmperial Kolleci və Helsinki və Kopenhagen Universitetlərindən olan tədqiqatçılar 2014-cü ildə Fiziki İcmal Məktublarında cazibə qüvvəsinin kainatın inkişafının əvvəlində ciddi inflyasiya yaşaması üçün lazım olan sabitliyi necə təmin etdiyini təsvir ediblər. Komanda təhlil etdi Higgs hissəcikləri və cazibə qüvvəsi arasında qarşılıqlı təsir. Alimlər sübut ediblər ki, bu tipli kiçik qarşılıqlı əlaqə belə kainatı sabitləşdirə və onu fəlakətdən xilas edə bilər.

M33 spiral qalaktikasının fırlanma sürətinin qrafiki

“Alimlərin elementar hissəciklərin təbiətini və onların qarşılıqlı təsirini izah etmək üçün istifadə etdikləri elementar zərrəciklər fizikasının standart modeli Kainatın nə üçün Böyük Partlayışdan dərhal sonra dağılmaması sualına hələ də cavab verməyib”, – professor deyib. Artu Rajanti İmperator Kollecinin Fizika fakültəsindən. “Tədqiqatımızda biz Standart Modelin naməlum parametrinə, yəni Higgs hissəcikləri ilə cazibə qüvvəsi arasındakı qarşılıqlı təsirə diqqət yetirdik. Bu parametr hissəcik sürətləndiricisi təcrübələrində ölçülə bilməz, lakin inflyasiya mərhələsində Higgs hissəciklərinin qeyri-sabitliyinə güclü təsir göstərir. Bu parametrin kiçik bir dəyəri belə sağ qalma nisbətini izah etmək üçün kifayətdir”.

Kvazar tərəfindən işıqlandırılan qaranlıq maddə şəbəkəsi

Bəzi alimlər hesab edirlər ki, inflyasiya bir dəfə başlasa, onu dayandırmaq çətindir. Onlar belə nəticəyə gəlirlər ki, bunun nəticəsi fiziki olaraq bizdən ayrı olan yeni kainatların yaradılması idi. Və bu proses bu günə qədər davam edəcək. Çoxlu kainat hələ də inflyasiya təlaşında yeni kainatları doğurur.

İşığın sabit sürəti prinsipinə qayıdaraq, bəzi inflyasiya nəzəriyyəçiləri işığın sürətinin bəli, ciddi bir hədd olduğunu, lakin sabit olmadığını irəli sürürlər. Erkən dövrdə inflyasiyaya imkan verən daha yüksək idi. İndi düşməyə davam edir, amma o qədər yavaş ki, biz bunu hiss edə bilmirik.

Qarşılıqlı Əlaqələrin Birləşdirilməsi

Adi maddə, qaranlıq maddə və qaranlıq enerjinin cari balansı

Standart Model üç növ təbiət qüvvələrini birləşdirsə də, zəif və güclü qarşılıqlı əlaqəni bütün alimləri qane edəcək şəkildə birləşdirmir. Cazibə qüvvəsi kənarda dayanır və hələ elementar hissəciklər dünyası ilə ümumi modelə daxil edilə bilməz. Cazibə qüvvəsini kvant mexanikası ilə uzlaşdırmaq cəhdi hesablamalara o qədər sonsuzluq gətirir ki, tənliklər öz dəyərini itirir.

cazibənin kvant nəzəriyyəsi ekvivalentlik prinsipindən məlum olan qravitasiya kütləsi ilə inertial kütlə arasında əlaqənin kəsilməsini tələb edir (bax: “Kainatın altı prinsipi” məqaləsi). Bu prinsipin pozulması müasir fizikanın qurulmasına xələl gətirir. Beləliklə, hər şey haqqında xəyallar nəzəriyyəsinə yol açan belə bir nəzəriyyə indiyə qədər bilinən fizikanı da məhv edə bilər.

Cazibə qüvvəsi kvant qarşılıqlı təsirlərinin kiçik miqyasında nəzərə çarpmaq üçün çox zəif olsa da, kvant hadisələrinin mexanikasında fərq yaratmaq üçün kifayət qədər güclü olduğu bir yer var. Bu qara dəliklər. Lakin onların daxilində və kənarında baş verən hadisələr hələ də az öyrənilmiş və tədqiq edilmişdir.

Kainatın qurulması

Standart Model hissəciklər aləmində yaranan qüvvələrin və kütlələrin böyüklüyünü proqnozlaşdıra bilməz. Bu kəmiyyətlər haqqında məlumatı ölçməklə və nəzəriyyəyə əlavə etməklə öyrənirik. Alimlər daim kəşf edirlər ki, ölçülmüş dəyərlərdəki kiçik bir fərq kainatın tamamilə fərqli görünməsi üçün kifayətdir.

Məsələn, bildiyimiz hər şeyin sabit maddəsini dəstəkləmək üçün lazım olan ən kiçik kütləyə malikdir. Qaranlıq maddə və enerjinin miqdarı qalaktikaları yaratmaq üçün diqqətlə balanslaşdırılır.

Kainatın parametrlərinin tənzimlənməsi ilə bağlı ən müəmmalı problemlərdən biri də budur maddənin antimaddədən üstünlüyühər şeyin sabit mövcud olmasına imkan verir. Standart Modelə görə eyni miqdarda maddə və antimaddə istehsal edilməlidir. Əlbəttə, bizim nöqteyi-nəzərimizdən, maddənin üstünlüyü olması yaxşıdır, çünki bərabər miqdarlar Kainatın qeyri-sabitliyini ifadə edir, hər iki maddə növünün məhvinin şiddətli partlayışları ilə sarsılır.

Genişlənən və daralan kainatlarla çoxlu kainatın vizuallaşdırılması

Ölçmə problemi

qərar ölçmə kvant obyektləri dalğa funksiyasının dağılması deməkdir, yəni onların vəziyyətinin ikidən (“diri və ya ölü” qeyri-müəyyən vəziyyətdə olan Şrödinger pişiyi) tək bir vəziyyətə (pişiklə nə baş verdiyini bilirik) “dəyişməsi” deməkdir.

Ölçmə problemi ilə bağlı daha cəsarətli fərziyyələrdən biri "çoxlu dünyalar" anlayışıdır - ölçərkən seçdiyimiz imkanlar. Dünyalar hər an bir-birindən ayrılır. Deməli, bizim bir pişiklə qutuya baxdığımız bir dünyamız var, bir də bir pişiklə qutuya baxmadığımız bir dünya... Birincidə - pişiyin yaşadığı dünya və ya bir onun yaşamadığı və s. d.

o inanırdı ki, kvant mexanikasında nə isə dərindən yanlışdır və onun fikrini yüngül qəbul etmək olmaz.

Dörd əsas qarşılıqlı əlaqə