Qorong'u materiya. Oltita kosmologik muammolar

Kosmik miqyosdagi jismlarning harakati eski Nyuton nazariyasiga bo'ysunadi. Biroq, 30-yillarda Fritz Tsvikining kashfiyoti va ularning ko'rinadigan massasidan tezroq aylanadigan uzoq galaktikalarning ko'plab kuzatuvlari shuni ko'rsatadiki, astronomlar va fiziklar qorong'u materiyaning massasini hisoblashga olib keldi, buni hech qanday kuzatuv diapazonida to'g'ridan-to'g'ri aniqlash mumkin emas. . asboblarimizga. Hisob-kitob juda yuqori bo'lib chiqdi - hozirda koinot massasining deyarli 27 foizi qorong'u materiya ekanligi taxmin qilinmoqda. Bu bizning kuzatuvlarimiz uchun mavjud bo'lgan "oddiy" materiyadan besh baravar ko'pdir.

Afsuski, elementar zarralar bu sirli massani tashkil etuvchi zarralar mavjudligini oldindan ko'ra olmaydi. Hozirgacha biz ularni aniqlay olmadik yoki to'qnashayotgan tezlatgichlarda yuqori energiyali nurlarni hosil qila olmadik. Olimlarning so'nggi umidi qorong'u materiyani tashkil eta oladigan "steril" neytrinolarning kashfiyoti edi. Biroq hozirgacha ularni aniqlashga urinishlar ham muvaffaqiyatsizlikka uchradi.

qorong'u energiya

90-yillarda koinotning kengayishi doimiy emas, balki tezlashayotgani aniqlanganligi sababli, hisob-kitoblarga yana bir qo'shimcha, bu safar koinotdagi energiya bilan bog'liq. Ma'lum bo'lishicha, bu tezlanishni tushuntirish uchun qo'shimcha energiya (ya'ni massalar, chunki maxsus nisbiylik nazariyasiga ko'ra ular bir xil) - ya'ni. qorong'u energiya - koinotning taxminan 68% ni tashkil qilishi kerak.

Bu shuni anglatadiki, koinotning uchdan ikki qismidan ko'prog'i ... do'zax biladi! Chunki qorong‘u materiya misolida bo‘lgani kabi, biz ham uning tabiatini qo‘lga kirita olmadik yoki o‘rgana olmadik. Ba'zilar bu vakuumning energiyasi, ya'ni kvant ta'siri natijasida zarrachalar "yo'qdan" paydo bo'ladigan energiya deb hisoblashadi. Boshqalar esa bu "kvintessensiya", tabiatning beshinchi kuchi, deb ta'kidlaydilar.

Bundan tashqari, kosmologik printsip umuman ishlamaydi, Koinot bir jinsli emas, turli sohalarda har xil zichlikka ega va bu tebranishlar tezlashayotgan kengayish illyuziyasini yaratadi, degan gipoteza mavjud. Ushbu versiyada qorong'u energiya muammosi shunchaki illyuziya bo'ladi.

Eynshteyn o'z nazariyalariga kontseptsiyani kiritdi va keyin olib tashladi kosmologik doimiyqorong'u energiya bilan bog'liq. Kontseptsiyani kosmologik doimiy tushunchani almashtirishga harakat qilgan kvant mexanikasi nazariyotchilari davom ettirdilar. kvant vakuum maydoni energiyasi. Biroq, bu nazariya 10 ni berdi¹²⁰ biz bilgan tezlikda koinotni kengaytirish uchun zarur bo'lgandan ko'proq energiya ...

inflyatsiya

Nazariya kosmik inflyatsiya u ko'p narsani qoniqarli tushuntiradi, lekin kichik (yaxshi, hamma uchun ham kichik) muammoni keltirib chiqaradi - bu uning mavjudligining dastlabki davrida uning kengayish tezligi yorug'lik tezligidan tezroq bo'lganligini ko'rsatadi. Bu kosmik jismlarning hozirda ko'rinadigan tuzilishini, ularning harorati, energiyasini va hokazolarni tushuntirib beradi. Ammo gap shundaki, bu qadimiy hodisaning izlari hozirgacha topilmagan.

London, London Imperial kolleji hamda Xelsinki va Kopengagen universitetlari tadqiqotchilari 2014-yilda “Fizika ko‘rib chiqish maktublari”da tortishish kuchi koinot rivojlanishining boshida kuchli inflyatsiyani boshdan kechirish uchun zarur bo‘lgan barqarorlikni qanday ta’minlagani haqida tasvirlab berishgan. Jamoa tahlil qildi Xiggs zarralari va tortishish o'rtasidagi o'zaro ta'sir. Olimlar shuni ko'rsatdiki, bunday turdagi kichik o'zaro ta'sir ham koinotni barqarorlashtirishi va uni falokatdan qutqarishi mumkin.

M33 spiral galaktikasining aylanish tezligi grafigi

“Olimlar elementar zarrachalar tabiatini va ularning oʻzaro taʼsirini tushuntirishda foydalanadigan elementar zarralar fizikasining standart modeli hali nima uchun Katta portlashdan soʻng Koinot qulab tushmadi, degan savolga hali javob bermadi”, — dedi professor. Orqaga Rajanti Imperial kollejining fizika bo'limidan. “Biz tadqiqotimizda standart modelning nomaʼlum parametriga, yaʼni Xiggs zarralari va tortishish kuchi oʻrtasidagi oʻzaro taʼsirga eʼtibor qaratdik. Bu parametrni zarracha tezlatgichi tajribalarida oʻlchash mumkin emas, lekin u inflyatsiya bosqichida Xiggs zarralarining beqarorligiga kuchli taʼsir koʻrsatadi. Ushbu parametrning kichik qiymati ham omon qolish darajasini tushuntirish uchun etarli.

Kvazar tomonidan yoritilgan qorong'u materiya tarmog'i

Ba'zi olimlarning fikricha, inflyatsiya boshlanganidan keyin uni to'xtatish qiyin. Ularning xulosasiga ko'ra, uning oqibati biznikidan jismonan ajratilgan yangi olamlarning yaratilishi edi. Va bu jarayon bugungi kungacha davom etadi. Ko'p olam hali ham inflyatsiya shiddatida yangi olamlarni tug'dirmoqda.

Yorug'likning doimiy tezligi printsipiga qaytsak, ba'zi inflyatsiya nazariyotchilari yorug'lik tezligi, ha, qat'iy chegara, lekin doimiy emas, deb ta'kidlaydilar. Dastlabki davrda u yuqori bo'lib, inflyatsiyaga imkon berdi. Endi u tushishda davom etmoqda, lekin shunchalik sekinki, biz buni sezmaymiz.

O'zaro ta'sirlarni birlashtirish

Oddiy materiya, qorong'u materiya va qorong'u energiyaning hozirgi muvozanati

Standart model tabiat kuchlarining uch turini birlashtirgan holda, zaif va kuchli o'zaro ta'sirlarni barcha olimlarni qoniqtiradigan darajada birlashtirmaydi. Gravitatsiya bir chetda turadi va uni elementar zarralar dunyosi bilan umumiy modelga hali kiritib bo'lmaydi. Gravitatsiyani kvant mexanikasi bilan uyg'unlashtirishga bo'lgan har qanday urinish hisob-kitoblarga shunchalik cheksizlik kiritadiki, tenglamalar o'z qiymatini yo'qotadi.

tortishishning kvant nazariyasi ekvivalentlik printsipidan ma'lum bo'lgan tortishish massasi va inertial massa o'rtasidagi bog'liqlikning uzilishini talab qiladi (qarang: "Olamning olti tamoyili" maqolasi). Ushbu tamoyilning buzilishi zamonaviy fizikaning qurilishiga putur etkazadi. Shunday qilib, har bir narsa haqida orzular nazariyasiga yo'l ochadigan bunday nazariya shu paytgacha ma'lum bo'lgan fizikani ham yo'q qilishi mumkin.

Gravitatsiya kvant o'zaro ta'sirining kichik miqyoslarida sezilmaydigan darajada zaif bo'lsa-da, u kvant hodisalari mexanikasini o'zgartirish uchun etarlicha kuchli bo'ladigan joy mavjud. Bu qora tuynuklar. Biroq, ularning ichida va chekkalarida sodir bo'lgan hodisalar hali ham kam o'rganilgan va o'rganilgan.

Koinotni sozlash

Standart model zarralar dunyosida paydo bo'ladigan kuchlar va massalarning kattaligini oldindan aytib bera olmaydi. Biz bu miqdorlarni o'lchash va nazariyaga ma'lumotlarni qo'shish orqali bilib olamiz. Olimlar doimiy ravishda o'lchangan qiymatlardagi kichik farq koinotning butunlay boshqacha ko'rinishi uchun etarli ekanligini aniqlaydilar.

Misol uchun, u biz bilgan hamma narsaning barqaror materiyasini qo'llab-quvvatlash uchun zarur bo'lgan eng kichik massaga ega. Qorong'u materiya va energiya miqdori galaktikalarni hosil qilish uchun ehtiyotkorlik bilan muvozanatlangan.

Koinot parametrlarini sozlash bilan bog'liq eng jumboq muammolardan biri materiyaning antimateriyadan ustunligibu hamma narsaning barqaror mavjud bo'lishiga imkon beradi. Standart modelga ko'ra, bir xil miqdordagi materiya va antimateriya ishlab chiqarilishi kerak. Albatta, bizning nuqtai nazarimizdan, materiyaning afzalligi borligi ma'qul, chunki teng miqdordagi materiyaning har ikkala turini yo'q qilishning zo'ravon portlashlari bilan silkinib ketgan koinotning beqarorligini anglatadi.

Kengayuvchi va qisqaruvchi koinotlar bilan ko'p olamning vizualizatsiyasi

O'lchov muammosi

qaror o'lchov kvant ob'ektlari to‘lqin funksiyasining qulashi, ya’ni ularning holatini ikkitadan (“tirik yoki o‘lik” noaniq holatda Shredingerning mushuki) bitta holatga (mushuk bilan nima bo‘lganini bilamiz) “o‘zgarishini” bildiradi.

O'lchov muammosi bilan bog'liq yanada jasur farazlardan biri bu "ko'p olamlar" tushunchasi - o'lchashda biz tanlaydigan imkoniyatlar. Olamlar har lahzani ajratib turadi. Demak, bizda mushuk bilan qutiga qaraydigan dunyomiz bor, va mushuk bilan qutiga qaramaydigan dunyomiz bor... Birinchisida - mushuk yashaydigan dunyo yoki bitta unda u yashamaydi va hokazo d.

u kvant mexanikasida biror narsa chuqur noto'g'ri ekanligiga ishondi va uning fikrini engil qabul qilmaslik kerak edi.

To'rtta asosiy o'zaro ta'sir