Что «склеивает» нашу Вселенную? Или «темная материя» простыми словами

Только представьте, что всего несколько сотен лет назад мы не знали, крутимся ли мы вокруг Солнца или же наоборот, оно вращается вокруг нас. В наше время ответ на этот вопрос знает любой первоклассник. Спустя годы человечество стало намного умнее, но, к сожалению, из-за этого загадок от Вселенной стало гораздо больше. Находя ответ на один вопрос, мы получали два новых. И вот, спустя сотни лет мы научились разгадывать очень сложные головоломки, но пока наука не может дать ответы на многие фундаментальные вопросы. Об одном из них мы сегодня подробно поговорим.

Итак, что же такое темная материя?

Содержание:

  1. Как устроена наша Вселенная?
  2. Чем склеена наша Вселенная?
  3. Что же такое «Темная материя»?
  4. Заключение

1. Как устроена наша Вселенная?

Для того, чтобы перейти к главной теме сегодняшнего материала, для начала нам необходимо понять, как устроена наша Вселенная. Итак, мы знаем, что Земля вращается вокруг Солнца, наша родная звезда вместе с нами крутится вокруг центра нашей Галактики «Млечный путь». Она и еще приблизительно 50 ее соседей вращаются вокруг невидимого центра тяжести в местной группе галактик, которые расположены внутри «Сверхскопления Девы» (Virgo Supercluster). Оно, в свою очередь, впрочем как и другие сверхскопления, оказалось лишь маленькой частью еще более крупной структуры, которая называется «Суперкластер Ланиакея» (Supercluster Laniakea). Важно отметить, что объекты в ней не вращаются вокруг определенной точки, они стремятся «упасть» в супер тяжелую гравитационную аномалию – «Великий Аттрактор» (Great Attractor).

К сожалению, из-за специфического расположения «Млечного пути», мы не можем подробно рассмотреть этот объект. Дело в том, что диск нашей Галактики закрывает нам обзор. Но нас сегодня интересует не сам Аттрактор, а огромная пустая область, которая располагается напротив него – «Дипольный Отталкиватель» (Dipole Pusher). Подобные пустые места в космосе ученые называют войдами (voids). Если посмотреть на видимую часть Вселенной со стороны, то можно заметить, что она представляет из себя бесчисленное количество сплетенных галактических нитей, разделенных такими пустотами (войдами).

Источник: https://www.youtube.com/watch?time_continue=339&v=GoW8Tf7hTGA

Вот именно так выглядит весь наш мир, если представить его одной картинкой.  Если вы хотите осознать реальные размеры нашей Вселенной, то рекомендуем посмотреть это короткое видео. Оно очень наглядно, а самое главное, в масштабе, показывает как устроен наш мир.

Видео:

2. Чем «склеена» наша Вселенная?

Это огромный океан, который состоит из галактик, черных дыр, квазаров, звезд, планет и прочих космических объектов протяженностью 14 млрд. световых лет и все это связано галактическими нитями. И вот только сейчас мы с вами подобрались к самому главному космическому вопросу XXI века: «Чем все эти нити между собой связаны?».

Первый ответ, который приходит в голову – гравитация, но спешим вас огорчить, это не верная гипотеза. Дело в том, что количество вещества, которое было найдено в суперскоплениях, банально недостаточно, чтобы создать такую невероятно сложную и огромную сеть. Согласно математическим подсчетам, скопления должны были давным-давно разлететься, а они наоборот, собираются в очень крепкую паутину.

Данный парадокс не дает покоя ведущим астрофизикам нашей планеты еще 1970-х годов. Тогда они измеряли скорость вращения звёзд «Млечного пути», которые находятся на разном расстоянии от центра галактики. Математически все должно быть относительно просто: если известна масса и радиус объекта, то можно легко посчитать скорость его вращения. Но то, что они узнали, абсолютно не совпадало с математикой. Объекты, которые находились на окраинах Галактики, двигались с гораздо большей скоростью, чем ожидалось. У этого парадокса существует лишь два логических объяснения:

  1. Уравнение Исаака Ньютона и Альберта Эйнштейна работают не во всей Вселенной. Это означает, что для понимания этого феномена, нам нужна другая физика.
  2. На окраинах Галактики есть еще какое-то неизвестное вещество, которое нам невидимо. Его должно быть очень много, ученые называют его «темная материя».

Хотя, стоит отметить, намного корректнее было бы назвать это вещество прозрачной или даже призрачной материей. Дело в том, что она абсолютно невидима, она не может поглощать, а также излучать радиоволны, электромагнитные импульсы, рентгеновское и ультрафиолетовое излучение. Все, что проходит сквозь нее, абсолютно никак с ней не контактирует, по этой причине она для нас и невидима. При этом «темная материя» разбросана по нашей вселенной неравномерно: где-то она может доминировать в десятки раз, а где-то всего в два. Например, в нашей родной галактике невидимого вещества в 2 раза больше, чем видимого. Она окружает «Млечный путь» огромной сферой. Неравномерность темной материи и является причиной создания той самой огромной сети галактических нитей, о которых мы упоминали ранее.

3. Что же такое «темная материя»?

Лучшие ученые мира по сей день точно не знают природу ее происхождения. Чем больше физики углубляются в изучение этой темы, тем лучше они понимают то, чем она (темная материя) не является. Изначально, не стоит путать темную материю и антиматерию, так как это совершенно два разных понятия. Первая взаимодействует с абсолютно любым видимым веществом в нашей Вселенной только посредством гравитации, при этом не разрушая его частицы. Чего нельзя сказать об антиматерии, которая вступает с обычным веществом в очень взрывоопасную реакцию. Например, реакция 1 кг антиматерии с 1 кг материи высвободил бы 1,8⋅1017 джоулей энергии, что эквивалентно 2047 ядерным боеголовкам, которые были сброшены на Нагасаки в 1945 году.

Изначально ученые предположили, что за темной материей скрывается огромное количество, так называемого MACHO (massive astrophysical compact halo object) – это сверхтяжелые, но очень компактные объекты (нейтронные звезды, коричневые карлики, черные дыры). Но если бы вся темная материя состояла исключительно из таких объектов, то во всей Вселенной наблюдалось бы искривление пространства и времени.

Напомним вам:

Мир увидел первые в истории фотографии настоящей черной дыры

Так как этого мы не видим, у ученых оставался лишь один выход – искать ответ в квантовой физике. Исследователи решили начать поиски неизвестных до этого момента частиц. Согласно стандартной модели квантовой физики, Вселенная состоит из 17 элементарных частиц. И, как вы уже наверняка догадались, среди них нет темной материи. Самой лучшей лабораторией для подобных опытов на сегодняшний день является «Большой Адронный Коллайдер». В этой почти 27-ми километровой трубе ученые разгоняют протоны до 99,99% скорости света и сталкивают их между собой. Они надеются, что при столкновении те распадутся на более мелкие составляющие, среди которых будут новые еще неизвестные частицы.

И вот наконец-то в 2012 году, был обнаружен «Бозон Хиггса» (Higgs boson), который был научно обоснован еще в 1964 году. Стоит отметить, что ту самую частицу, из которой состоит темная материя, пока еще обнаружить не удалось. Астрофизики дали ей название WIMP, о ней известно лишь то, что она должна быть медленная (по меркам квантового мира, конечно же) и тяжелая.

Мало кто знает, но каждый из нас каждый день видит самый большой «коллайдер» в нашей солнечной системе – это наше Солнце. И то, что не удалось получить на земле в лабораторных условиях, можно извлечь в ядре нашей родной звезды. Напомним, что Солнце на огромной скорости летит сквозь облако темной материи в нашей галактике. При этом из-за большой гравитации, оно захватывает и накапливает частицы «Млечного пути».

У физиков есть следующее предположение: так как вимпы в теории достаточно медленные, то они не могут преодолеть гравитацию Солнца. Из этого следует, что они должны застревать в его центре и собравшись там в большом количестве под воздействием огромного давление, они начнут распадаться на более мелкие частицы – «Нейтрино». Стоит отметить, что об их существовании человечеству уже давно известно, и мы также знаем, что Солнце постоянно выбрасывает в открытый космос огромное количество этого вещества. Но стоит отметить, что именно те «Нейтрино», которые рождаются в месте аннигиляции темной материи, ученые сразу смогут распознать. Эти частицы будут обладать колоссальным количеством энергии. Прямо сейчас человечество ищет эти «Нейтрино» посредством довольно странных подводных телескопов, которые расположены на Байкале, в Антарктиде и т.д.

Существует еще одна теория, согласно которой темная материя может состоять не с одной единственной частицы, а из целого отдельного мира, зеркального нашему. Как известно, паутина галактических нитей повторяет форму темной материи. Но также нам известно, что видимая материя состоит далеко не из одной частицы, а из 17-ти (по крайней мере, пока известно столько). Исходя из этого, можно вполне логично предположить, что темная материя может быть точно такой же сложной и многогранной. То есть, за ней могут скрываться «темные братья-близнецы» элементарных частиц: темные электроны и протоны объединяются вместе, чтобы создать темные атомы, а темные фотоны сливаются воедино, чтобы образовался «темный свет».

Согласны, это звучит достаточно абсурдно, но стоит вспомнить, что еще несколько столетий назад считалось нелепым утверждение, что наша планета имеет форму шара. Поэтому отвергать любую научную теорию нельзя, пока не будет доказано обратное.

Ученые всерьез предполагают, что в самом начале существования нашей Вселенной, обычные частицы могли превращаться в темные и наоборот. Для того, чтобы доказать эту теорию, ученым необходимо построить куда более мощный коллайдер, чем тот, который находится на границе Швейцарии и Франции. И стоит отметить, что он уже разрабатывается. Представители европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) сообщили свои дальнейшие планы по строительству нового ускорителя элементарных частиц. Они назвали его «Будущий циклический коллайдер» (Future Circular Collider). По предварительным данным, он будет в 4 раза больше и в 10 раз мощнее, чем нынешний. В организации планируют запустить его в работу к 2050 году, а его приблизительная стоимость на этом этапе оценивается в 20 млрд. евро.

4. Заключение

Наша планета вместе с Солнцем непрерывно движется вокруг центра нашей Галактики. По этой причине триллионы частиц темной материи постоянно сталкиваются с Землей. По приблизительным подсчетам, темная материя около 11 раз в час взаимодействует с телом человека.

Конечно же, ученым пока еще не удалось обнаружить «темные» звезды или планеты. Справедливости ради, стоит отметить, что подобные объекты были бы настоящими ловушками. Дело в том, что любой видимый объект, который попал бы на поверхность «темной планеты», начал бы проваливаться внутрь, пока не достиг бы ее центра, где сила гравитации удерживала бы его вечно.

Темная материя является одной из самых основных научных задач этого столетия, над решением которой ежедневно трудятся лучшие умы человечества. Вряд ли мы совершим прорыв в этом вопросе в ближайшие годы, но однажды, безусловно, ученые разгадают эту непростую головоломку. После чего их будут ждать новые, более сложные загадки, о которых сейчас мы даже и не подозреваем.

Подписывайтесь на новости The Coin Shark в Facebook: https://www.facebook.com/thecoinshark.ru

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *