Asioita, jotka ovat tällä hetkellä näkymättömiä

Asiat, jotka tiede tietää ja näkee, ovat vain pieni osa siitä, mitä todennäköisesti on olemassa. Tieteen ja teknologian ei tietenkään pidä ottaa "näkemystä" kirjaimellisesti. Vaikka silmämme eivät näe niitä, tiede on pitkään kyennyt "näkemään" asioita, kuten ilma ja sen sisältämä happi, radioaallot, ultraviolettivalo, infrapunasäteily ja atomit.

Näemme myös tietyssä mielessä antimateriaakun se on väkivaltaisesti vuorovaikutuksessa tavallisen aineen kanssa, ja se on yleisesti ottaen vaikeampi ongelma, koska vaikka näimme tämän vuorovaikutuksen vaikutuksissa, kokonaisvaltaisemmassa mielessä värähtelyinä, se oli meille vaikeaa vuoteen 2015 asti.

Emme kuitenkaan tietyssä mielessä edelleenkään "näe" painovoimaa, koska emme ole vielä löytäneet ainuttakaan tämän vuorovaikutuksen kantajaa (eli esimerkiksi hypoteettista hiukkasta ns. gravitoni). Tässä on syytä mainita, että painovoiman historian ja .

Näemme jälkimmäisen toiminnan, mutta emme suoraan tarkkaile sitä, emme tiedä mistä se koostuu. Näiden "näkymättömien" ilmiöiden välillä on kuitenkin perustavanlaatuinen ero. Kukaan ei ole koskaan kyseenalaistanut painovoimaa. Mutta pimeän aineen (1) kanssa asia on erilainen.

Miten g pimeää energiaajonka sanotaan sisältävän jopa enemmän kuin pimeää ainetta. Sen olemassaolo pääteltiin hypoteesina, joka perustuu koko maailmankaikkeuden käyttäytymiseen. Sen "näkeminen" on todennäköisesti vielä vaikeampaa kuin pimeä aine, jo pelkästään siksi, että yhteinen kokemuksemme opettaa meille, että energia on luonteeltaan jotain, joka on aisteille (ja havainnointivälineille) vähemmän saatavilla kuin aine.

Nykyaikaisten oletusten mukaan molempien tummien pitäisi muodostaa 96% sen sisällöstä.

Joten itse asiassa jopa itse maailmankaikkeus on meille suurelta osin näkymätön, puhumattakaan siitä, että kun on kyse sen rajoista, tiedämme vain ne, jotka ovat ihmisen havainnon määräämiä, emmekä niitä, jotka olisivat sen todellisia ääripäitä - jos sellaisia ​​​​on olemassa. ollenkaan.

Jokin vetää meitä mukaan koko galaksiin

Joidenkin asioiden näkymätön avaruudessa voi olla tuskallista, kuten se, että 100 vierekkäistä galaksia liikkuu jatkuvasti kohti maailmankaikkeuden mystistä kohtaa, joka tunnetaan ns. Hieno houkuttaja. Tämä alue on noin 220 miljoonan valovuoden päässä, ja tutkijat kutsuvat sitä gravitaatiopoikkeavuudeksi. Uskotaan, että Suurella Attraktorilla on kvadrillionien aurinkojen massa.

Aloitetaan siitä, että se laajenee. Tätä on tapahtunut alkuräjähdyksestä lähtien, ja tämän prosessin nykyisen nopeuden arvioidaan olevan 2,2 miljoonaa kilometriä tunnissa. Tämä tarkoittaa, että galaksimme ja sen naapuri galaksi Andromeda on myös liikkuva tällä nopeudella, eikö? Ei oikeastaan.

70-luvulla loimme yksityiskohtaisia ​​karttoja ulkoavaruudesta. Mikroaaltouuni tausta (CMB) Universumi ja huomasimme, että Linnunradan toinen puoli on lämpimämpi kuin toinen. Ero oli alle celsiusasteen sadasosa, mutta se riitti ymmärtääksemme, että kuljemme 600 km/s nopeudella kohti Centauruksen tähdistöä.

Muutamaa vuotta myöhemmin huomasimme, että emme vain me, vaan kaikki sadan miljoonan valovuoden sisällä meistä liikkuvat samaan suuntaan. On vain yksi asia, joka voi vastustaa laajenemista niin suurilla etäisyyksillä, ja se on painovoima.

Esimerkiksi Andromedan täytyy siirtyä pois meistä, mutta 4 miljardin vuoden kuluttua meidän on ... törmättävä hänen kanssaan. Riittävä massa kestää laajenemisen. Aluksi tiedemiehet ajattelivat, että tämä nopeus johtui sijainnistamme niin kutsutun paikallisen superklusterin laitamilla.

Miksi meidän on niin vaikea nähdä tätä salaperäistä suurta vetovoimaa? Valitettavasti tämä on oma galaksimme, joka estää näkemyksemme. Linnunradan vyön kautta emme voi nähdä noin 20 prosenttia maailmankaikkeudesta. Se vain sattuu, että hän menee juuri sinne, missä Suuri Houkuttaja on. On teoriassa mahdollista läpäistä tämä verho röntgen- ja infrapunahavainnoilla, mutta tämä ei anna selkeää kuvaa.

Näistä vaikeuksista huolimatta havaittiin, että yhdellä Suuren Attraktorin alueella, 150 miljoonan valovuoden etäisyydellä, on galaktinen Klusteri Norma. Sen takana on 650 miljoonan valovuoden päässä oleva vielä massiivisempi superjoukko, jonka massa on 10 XNUMX. galaksi, yksi maailmankaikkeuden suurimmista tuntemistamme objekteista.

Joten, tutkijat ehdottavat, että Suuri vetovoima painopiste monet galaksien superklusterit, mukaan lukien omamme - yhteensä noin 100 kohdetta, kuten Linnunrata. On myös teorioita, joiden mukaan se on valtava kokoelma pimeää energiaa tai tiheä alue, jolla on valtava vetovoima.

Jotkut tutkijat uskovat, että tämä on vain esimakua maailmankaikkeuden lopullisesta ... lopusta. Suuri lama tarkoittaa, että maailmankaikkeus paksunee muutamassa biljoonassa vuodessa, kun laajeneminen hidastuu ja alkaa kääntyä päinvastaiseksi. Ajan myötä tämä johtaisi supermassiiviseen, joka söisi kaiken, myös itsensä.

Kuitenkin, kuten tiedemiehet huomauttavat, maailmankaikkeuden laajeneminen kukistaa lopulta Suuren vetovoiman voiman. Nopeutemme sitä kohti on vain viidesosa nopeudesta, jolla kaikki laajenee. Laniakean (2) laaja paikallinen rakenne, jonka osa me olemme, joutuu jonain päivänä hajottamaan, kuten myös monet muut kosmiset olennot.

Viides luonnonvoima

Jotain, mitä emme näe, mutta jota on vakavasti epäilty viime aikoina, on niin sanottu viides vaikutus.

Median uutisoinnin löytämiseen liittyy spekulaatioita hypoteettisesta uudesta hiukkasesta, jolla on kiehtova nimi. X17voi auttaa selittämään pimeän aineen ja pimeän energian mysteerin.

Tunnetaan neljä vuorovaikutusta: painovoima, sähkömagnetismi, vahva ja heikko atomivuorovaikutus. Neljän tunnetun voiman vaikutukset aineeseen, atomien mikromaailmasta galaksien jättimäiseen mittakaavaan, ovat hyvin dokumentoituja ja useimmissa tapauksissa ymmärrettäviä. Mutta kun ottaa huomioon, että noin 96 % maailmankaikkeutemme massasta koostuu epäselvistä, selittämättömistä asioista, joita kutsutaan pimeäksi aineeksi ja pimeäksi energiaksi, ei ole yllättävää, että tiedemiehet ovat pitkään epäillyt, etteivät nämä neljä vuorovaikutusta edusta kaikkea kosmoksessa. . jatkuu.

Yritys kuvailla uutta voimaa, jonka kirjoittaja on johtama tiimi Attila Krasnagorskaja (3), Unkarin tiedeakatemian ydintutkimuslaitoksen (ATOMKI) fysiikka, josta kuulimme viime syksynä, ei ollut ensimmäinen osoitus salaperäisten vuorovaikutusten olemassaolosta.

Samat tutkijat kirjoittivat ensimmäisen kerran "viidennestä voimasta" vuonna 2016 suoritettuaan kokeen muuttaakseen protoneja isotoopeiksi, jotka ovat kemiallisten alkuaineiden muunnelmia. Tutkijat seurasivat, kuinka protonit muuttivat litium-7-isotoopin epävakaaksi atomityypiksi, nimeltään beryllium-8.

3. Prof. Attila Krasnohorkai (oikealla)

Kun beryllium-8 hajosi, muodostui elektronien ja positronien pareja, jotka hylkivät toisiaan, jolloin hiukkaset lensivät ulos kulmassa. Tiimi odotti näkevänsä korrelaation hajoamisprosessin aikana säteilevän valoenergian ja hiukkasten lennon erilleen kulmien välillä. Sen sijaan elektronit ja positronit taipuivat 140 astetta lähes seitsemän kertaa useammin kuin niiden mallit ennustivat, mikä oli odottamaton tulos.

"Kaikki tietomme näkyvästä maailmasta voidaan kuvata käyttämällä niin kutsuttua hiukkasfysiikan standardimallia", kirjoittaa Krasnagorkay. "Se ei kuitenkaan sisällä hiukkasia, jotka ovat raskaampia kuin elektroni ja kevyempiä kuin myon, joka on 207 kertaa raskaampi kuin elektroni. Jos löydämme uuden hiukkasen yllä olevasta massaikkunasta, tämä osoittaisi jotain uutta vuorovaikutusta, joka ei sisälly vakiomalliin."

Salaperäinen esine on saanut nimekseen X17, koska sen arvioitu massa on 17 megaelektronivolttia (MeV), joka on noin 34 kertaa elektronin massa. Tutkijat seurasivat tritiumin hajoamista helium-4:ksi ja havaitsivat jälleen outoa diagonaalipurkausta, joka osoitti hiukkasen, jonka massa on noin 17 MeV.

"Fotoni välittää sähkömagneettista voimaa, gluoni välittää vahvaa voimaa ja W- ja Z-bosonit välittävät heikkoa voimaa", Krasnahorkai selitti.

”Partikkelimme X17 täytyy välittää uutta vuorovaikutusta, viidettä. Uusi tulos vähentää todennäköisyyttä, että ensimmäinen koe oli vain sattumaa tai että tulokset aiheuttivat järjestelmävirheen."

Pimeä aine jalkojen alla

Suuresta maailmankaikkeudesta, suuren fysiikan arvoitusten ja mysteerien epämääräisestä valtakunnasta, palatkaamme Maahan. Tässä kohtaamme melko yllättävän ongelman... nähdä ja kuvata tarkasti kaikkea, mikä on sisällä (4).

Muutama vuosi sitten kirjoitimme MT:ssä aiheesta maan ytimen mysteeriettä paradoksi liittyy sen luomiseen ja sen luonnetta ja rakennetta ei tiedetä tarkasti. Meillä on menetelmiä, kuten testaus seismiset aallot, onnistui myös kehittämään mallin Maan sisäisestä rakenteesta, josta on tieteellinen yksimielisyys.

kuitenkin verrattuna esimerkiksi kaukaisiin tähtiin ja galakseihin, ymmärryksemme siitä, mitä jalkojemme alla on, on heikko. Avaruusobjektit, jopa hyvin kaukana olevat, yksinkertaisesti näemme. Samaa ei voida sanoa ytimestä, vaipan kerroksista tai edes maankuoren syvemmistä kerroksista..

Vain suorin tutkimus on saatavilla. Vuoristolaaksot paljastavat jopa useiden kilometrien syviä kiviä. Syvimmät kaivot ulottuvat hieman yli 12 kilometrin syvyyteen.

Tietoa kivistä ja mineraaleista, jotka rakentavat syvempiä, tarjoavat ksenoliitit eli ksenoliitit. vulkaanisten prosessien seurauksena maapallon suolistosta repeytyneet ja kulkeutuneet kivipalat. Niiden perusteella petrologit voivat määrittää mineraalien koostumuksen useiden satojen kilometrien syvyyteen.

Maan säde on 6371 km, mikä ei ole helppo tie kaikille "tunkeutujillemme". Valtavan paineen ja noin 5 celsiusasteeseen nousevan lämpötilan vuoksi on vaikea odottaa, että syvimmät sisätilat tulisivat lähitulevaisuudessa suoraan havainnointiin.

Joten mistä tiedämme, mitä tiedämme maan sisätilojen rakenteesta? Sellaista tietoa tarjoavat maanjäristysten synnyttämät seismiset aallot, ts. elastiset aallot, jotka etenevät elastisessa väliaineessa.

He saivat nimensä siitä, että ne syntyvät iskuilla. Elastisessa (vuoristoisessa) väliaineessa voi levitä kahden tyyppisiä elastisia (seismisiä) aaltoja: nopeampi - pitkittäinen ja hitaampi - poikittaissuuntainen. Ensimmäiset ovat väliaineen värähtelyjä, jotka tapahtuvat aallon etenemissuuntaa pitkin, kun taas väliaineen poikittaisvärähtelyissä ne tapahtuvat kohtisuorassa aallon etenemissuuntaan nähden.

Pitkittäiset aallot tallennetaan ensin (lat. primae) ja poikittaisaallot rekisteröidään toisena (lat. secundae), tästä syystä niiden perinteinen merkintä seismologiassa - pitkittäisaallot p ja poikittaisaallot s. P-aallot ovat noin 1,73 kertaa nopeampia kuin s.

Seismisten aaltojen tuottaman tiedon avulla on mahdollista rakentaa elastisiin ominaisuuksiin perustuva malli maan sisätilasta. Voimme määritellä muita fysikaalisia ominaisuuksia perustuen gravitaatiokenttä (tiheys, paine), havainto magnetotelluriset virrat syntyy maan vaipassa (sähkönjohtavuuden jakautuminen) tai Maan lämpövirran hajoaminen.

Petrologinen koostumus voidaan määrittää vertaamalla laboratoriotutkimuksiin mineraalien ja kivien ominaisuuksista korkeissa paineissa ja lämpötiloissa.

Maa säteilee lämpöä, eikä tiedetä, mistä se tulee. Äskettäin on syntynyt uusi teoria, joka liittyy kaikkein vaikeasti havaittaviin alkuainehiukkasiin. Uskotaan, että luonto voi tarjota tärkeitä vihjeitä planeettamme sisältä säteilevän lämmön mysteeriin. neutrino - hiukkaset, joiden massa on äärimmäisen pieni - jotka vapautuvat maan suolistossa tapahtuvista radioaktiivisista prosesseista.

Tärkeimmät tunnetut radioaktiivisuuden lähteet ovat epästabiili torium ja kalium, kuten tiedämme kivinäytteistä jopa 200 km maanpinnan alapuolella. Mikä on syvemmällä, on jo tuntematon.

Tiedämme sen geoneutrino uraanin hajoamisen aikana päästöillä on enemmän energiaa kuin kaliumin hajoamisen aikana vapautuvilla. Siten geoneutriinojen energiaa mittaamalla voimme selvittää, mistä radioaktiivisesta materiaalista ne ovat peräisin.

Valitettavasti geoneutriinoja on erittäin vaikea havaita. Siksi heidän ensimmäinen havaintonsa vuonna 2003 vaati valtavan maanalaisen ilmaisimen, joka oli täynnä n. tonnia nestettä. Nämä ilmaisimet mittaavat neutriinoja havaitsemalla törmäykset nesteen atomien kanssa.

Sen jälkeen geoneutriinoja on havaittu vain yhdessä tätä tekniikkaa käyttävässä kokeessa (5). Molemmat mittaukset osoittavat sen Noin puolet maan radioaktiivisesta lämmöstä (20 terawattia) voidaan selittää uraanin ja toriumin hajoamisella. Lopun 50 %:n lähde... ei vielä tiedetä mikä.

5. Mallikartta geoneutrinopäästöjen voimakkuudesta Maan päällä - ennusteet

Heinäkuussa 2017 rakennuksen, joka tunnetaan myös nimellä, rakentaminen aloitettiin DYYNIsuunniteltu valmistuvan vuoden 2024 tienoilla. Laitos tulee sijaitsemaan lähes 1,5 kilometriä maan alla entisessä Homestackissa Etelä-Dakotassa.

Tiedemiehet aikovat käyttää DUNEa vastaamaan modernin fysiikan tärkeimpiin kysymyksiin tutkimalla huolellisesti neutriinoja, yhtä vähiten ymmärrettyjä perushiukkasia.

Elokuussa 2017 kansainvälinen tutkijaryhmä julkaisi Physical Review D -lehdessä artikkelin, jossa ehdotettiin melko innovatiivista DUNE:n käyttöä skannerina maan sisätilojen tutkimiseen. Seismisiin aaltoihin ja porausreikiin lisättäisiin uusi menetelmä planeetan sisäpuolen tutkimiseksi, mikä kenties näyttäisi meille täysin uuden kuvan siitä. Tämä on kuitenkin vain ajatus toistaiseksi.

Kosmisesta pimeästä aineesta pääsimme planeettamme sisäosiin, jotka eivät ole yhtä pimeitä meille. ja näiden asioiden läpäisemättömyys on hämmentävää, mutta ei niin paljon kuin pelko siitä, ettemme näe kaikkia esineitä, jotka ovat suhteellisen lähellä Maata, etenkään niitä, jotka ovat törmäyksen tiellä sen kanssa.

Tämä on kuitenkin hieman erilainen aihe, josta keskustelimme äskettäin yksityiskohtaisesti MT:ssä. Haluamme kehittää havainnointimenetelmiä on täysin perusteltua kaikissa yhteyksissä.