Речі, які невидимі на даний момент
Речі, які знає і бачить наука, — лише мала частина того, що, ймовірно, існує. Звичайно, наука та техніка не повинні сприймати «бачення» буквально. Хоча наш зір не може їх побачити, наука вже давно «бачить» такі речі, як повітря і кисень, що міститься в ньому, радіохвилі, ультрафіолетове світло, інфрачервоне випромінювання та атоми.
Ми також бачимо у певному сенсі антиречовинаколи він бурхливо взаємодіє зі звичайною матерією, і що взагалі є складнішою проблемою, тому що, хоча ми бачили це за ефектами взаємодії, у більш цілісному сенсі, як вібрації, воно було для нас невловимим до 2015 року.
Однак ми все ще в певному сенсі не «бачимо» гравітації, тому що ми не виявили досі жодного носія цієї взаємодії (тобто, наприклад, гіпотетичної частки, званої гравітон). Тут варто згадати, що існує деяка аналогія між історією гравітації та .
Ми бачимо дію останнього, але безпосередньо її не спостерігаємо, не знаємо, з чого вона складається. Проте між цими «невидимими» явищами є важлива різниця. Ніхто ніколи не ставив під сумнів гравітацію. А з темною матерією (1) інакше.
Як г темна енергіяякий, як то кажуть, містить навіть більше, ніж темна матерія. Його існування було виведено як гіпотези з урахуванням поведінки Всесвіту загалом. «Побачити» її, ймовірно, буде навіть складніше, ніж темну матерію, хоча б тому, що наш спільний досвід вчить, що енергія за своєю природою залишається дещо менш доступною для почуттів (і інструментів спостереження), ніж матерія.
За сучасними припущеннями, обидва темні мають становити 96% його змісту.
Так що, по суті, навіть сам Всесвіт здебільшого для нас невидимий, не кажучи вже про те, що коли справа доходить до її меж, ми знаємо тільки ті, які визначаються людським спостереженням, а не ті, які були б її істинними. крайнощами – якщо так вони взагалі є.
Щось тягне нас разом із усією Галактикою
Непомітність деяких речей у космосі може бути болісною, наприклад, той факт, що і 100 XNUMX сусідні галактики безперервно рухаються до загадкової точки у Всесвіті, відомої як Великий атрактор. Ця область знаходиться приблизно за 220 мільйонів світлових років від нас, і вчені називають її гравітаційною аномалією. Вважається, що Великий Атрактор має масу квадрильйонів сонців.
Почнемо із того, що він розширюється. Це відбувається з часів Великого вибуху, а поточна швидкість цього процесу оцінюється в 2,2 млн. км на годину. Це означає, що наша галактика та сусідня з нею галактика Андромеди теж повинні рухатися з такою швидкістю, правда? Не зовсім.
У 70-х ми створили докладні карти космічного простору. Фон мікрохвильового випромінювання (CMB) Всесвіту і ми помітили, що одна сторона Чумацького Шляху тепліша за іншу. Різниця була меншою за соту частки градуса Цельсія, але цього було достатньо, щоб ми зрозуміли, що рухаємося зі швидкістю 600 км в секунду до сузір'я Центавра.
Через кілька років ми виявили, що не тільки ми, але й усі в межах ста мільйонів світлових років від нас рухаємось у тому ж напрямку. Є лише одна річ, яка може протистояти розширенню на такі великі відстані, і це гравітація.
Андромеда, наприклад, має відійти від нас, адже через 4 мільярди років нам доведеться... зіткнутися з нею. Достатня маса може протидіяти розширенню. Спочатку вчені подумали, що саме така швидкість обумовлена нашим розташуванням на околиці так званого місцевого надскоплення.
Чому нам так важко побачити цей таємничий Великий Атрактор? На жаль, це наша власна галактика, яка закриває огляд. Через пояс Чумацького Шляху ми можемо бачити близько 20% Всесвіту. Так вийшло, що він іде саме туди, де знаходиться Великий Атрактор. Теоретично можна проникнути крізь цю завісу рентгенівськими та інфрачервоними спостереженнями, але це не дає чіткої картини.
Незважаючи на ці труднощі, було встановлено, що в одній області Великого Атрактора, на відстані 150 мільйонів світлових років, знаходиться галактична Кластер Норма. За ним ще більш масивне скупчення, що знаходиться на відстані 650 мільйонів світлових років, що містить масу 10 XNUMX. галактики, один з найбільших об'єктів у Всесвіті, відомих нам.
Отже, вчені припускають, що Великий Атрактор гравітаційний центр безліч скупчень галактик, у тому числі і наша - всього близько 100 XNUMX об'єктів, таких як Чумацький Шлях. Є також теорія, що це величезне скупчення темної енергії або область високої щільності з величезним гравітаційним тяжінням.
Деякі дослідники вважають, що це лише передчуття остаточного ... кінця Всесвіту. Велика депресія означатиме згущення Всесвіту за кілька трильйонів років, коли розширення сповільниться і почне розгортатися. Згодом це призвело б до надмасивного, який з'їв би все, включаючи себе.
Однак, як зазначають вчені, розширення Всесвіту зрештою переможе силу Великого Атрактора. Наша швидкість до нього становить лише одну п'яту швидкості, з якою все розширюється. Величезна локальна структура Ланіакея (2), частиною якої ми є, одного разу повинна буде розвіятись, як і багато інших космічних сутностей.
П'ята сила природи
Щось, чого ми не можемо бачити, але про існування якого останнім часом серйозно підозрювали, є так званий п'ятий удар.
Виявлення того, що повідомляється в ЗМІ, пов'язане з припущеннями про гіпотетичну нову частинку з назвою, що інтригує. X17може допомогти пояснити таємницю темної матерії та темної енергії.
Відомі чотири взаємодії: гравітація, електромагнетизм, сильні та слабкі атомні взаємодії. Вплив чотирьох відомих сил на матерію - від мікроцарства атомів до колосальних масштабів галактик - добре задокументований і в більшості випадків зрозумілий. Однак, якщо врахувати, що приблизно 96% маси нашого Всесвіту складається з незрозумілих, незрозумілих речей, які називають темною матерією і темною енергією, то не дивно, що вчені давно підозрювали, що ці чотири взаємодії не відображають всього, що є в космосі. продовжується.
Спроба описати нову силу, автором якої є команда під керівництвом Аттіла Красногорська (3), фізика в Інституті ядерних досліджень (ATOMKI) Угорської академії наук, про яку ми чули минулої осені, була першою ознакою існування таємничих взаємодій.
Ті ж учені вперше написали про «п'яту силу» у 2016 році, після проведення експерименту щодо перетворення протонів на ізотопи, які є варіантами хімічних елементів. Дослідники спостерігали, як протони перетворювали ізотоп, відомий як літій-7, на нестабільний тип атома, званий бериллієм-8.
3. проф. Аттіла Краснагоркай (прилад)
Коли берилій-8 розпався, утворилися пари електронів та позитронів, які відштовхували один одного, змушуючи частки вилітати під кутом. Команда очікувала побачити кореляцію між світловою енергією, що випускається в процесі розпаду, та кутами, під якими частки розлітаються. Натомість електрони та позитрони відхилялися на 140 градусів майже в сім разів частіше, ніж передбачали їхні моделі, — несподіваний результат.
«Усі наші знання про видимий світ можна описати за допомогою так званої Стандартної моделі фізики елементарних частинок», — пише Красногоркай. «Однак він не передбачає жодних частинок важчих за електрон і легший за мюон, який у 207 разів важчий за електрон. Якщо ми виявимо нову частинку у вказаному вище вікні мас, це буде вказувати на якусь нову взаємодію, яка не включена до Стандартної моделі».
Таємничий об'єкт названий X17 через його розрахункову масу в 17 мегаелектронвольт (МеВ), що приблизно в 34 рази більше, ніж у електрона. Дослідники спостерігали за розпадом тритію в гелій-4 і в черговий раз спостерігали дивний діагональний розряд, що вказує на частинку масою близько 17 МеВ.
"Фотон є посередником електромагнітної сили, глюон - сильною, а бозони W і Z - слабкою", - пояснив Краснахоркай.
«Наша частка X17 має опосередковувати нову взаємодію, п'яту. Новий результат знижує ймовірність того, що перший експеримент був просто збігом або результати викликали системну помилку».
Темна матерія під ногами
З великого Всесвіту, з туманної області загадок та загадок великої фізики повернемося на Землю. Ми стикаємося тут із досить дивовижною проблемою… з баченням та точним зображенням всього, що знаходиться всередині (4).
Кілька років тому ми писали в МТ про загадка земного ядращо з його створенням пов'язаний парадокс і достеменно невідомо, яка його природа та структура. У нас є методи, такі як, наприклад, тестування за допомогою сейсмічні хвиліТакож вдалося розробити модель внутрішньої будови Землі, для чого існує наукова згода.
проте порівняно з далекими зірками та галактиками, наприклад, наше розуміння того, що лежить у нас під ногами, слабке. Космічні об'єкти, навіть дуже далекі, ми бачимо. Чого не можна сказати про ядро, шари мантії або навіть глибші шари земної кори..
Доступні лише прямі дослідження. Гірські долини оголюють скелі завглибшки до кількох кілометрів. Глибокі геологорозвідувальні свердловини простягаються на глибину трохи більше 12 км.
Інформацію про гірських породах і мінералах, які будують глибші, дають ксеноліт, тобто. уламки гірських порід, вирвані та віднесені з надр Землі внаслідок вулканічних процесів. На їх основі петрологи можуть визначати склад корисних копалин до глибини кількох сотень кілометрів.
Радіус Землі складає 6371 км, що виявляється непростим шляхом для всіх наших "проникливців". Через величезний тиск і температуру, що досягає приблизно 5 градусів Цельсія, важко очікувати, що найглибші надра стануть доступними для безпосереднього спостереження в найближчому майбутньому.
То як же ми дізналися те, що знаємо про структуру надр Землі? Таку інформацію надають сейсмічні хвилі, що генеруються землетрусами, тобто. пружні хвилі, що розповсюджуються в пружному середовищі.
Вони отримали свою назву через те, що генеруються ударами. У пружному (гірському) середовищі можуть поширюватися два типи пружних (сейсмічних) хвиль: більш швидкі – поздовжні та повільніші – поперечні. Перші є коливання середовища, що відбуваються вздовж напрямку поширення хвилі, тоді як у поперечних коливаннях середовища відбуваються перпендикулярно напрямку поширення хвилі.
Поздовжні хвилі реєструються першими (лат. primae), а поперечні - другими (лат. secundae), звідси їх традиційне в сейсмології маркування - поздовжні хвилі р і поперечні s. Р-хвилі приблизно в 1,73 рази швидше, ніж s.
Інформація, що надається сейсмічними хвилями, дозволяє побудувати модель надр Землі на основі пружних властивостей. Ми можемо визначити інші фізичні властивості на основі гравітаційне поле (Щільність, тиск), спостереження магнітотелуричні струми генеруються в мантії Землі (розподіл електропровідності) або розкладання теплового потоку Землі.
Петрологічний склад можна визначити виходячи з зіставлення з лабораторними дослідженнями властивостей мінералів і гірських порід за умов високих тисків і температур.
Земля випромінює тепло і невідомо, звідки воно береться. Нещодавно з'явилася нова теорія, пов'язана з невловимими елементарними частинками. Вважається, що важливі ключі до розгадки таємниці тепла, що випромінюється зсередини нашої планети, можуть бути забезпечені природою. нейтрин – частинки надзвичайно малої маси – випромінювані радіоактивними процесами, які у надрах Землі.
Основними відомими джерелами радіоактивності є нестійкі торій та калій – як ми знаємо із зразків гірських порід, що знаходяться на глибині до 200 км під поверхнею землі. Що ховається глибше, вже невідомо.
Ми знаємо це геонейтрина що випускаються при розпаді урану мають більшу енергію, ніж випускаються при розпаді калію. Таким чином, вимірюючи енергію геонейтрино, ми можемо з'ясувати, з якого радіоактивного матеріалу вони походять.
На жаль, геонейтрино дуже важко виявити. Тому для їхнього першого спостереження в 2003 році був потрібний величезний підземний детектор, заповнений бл. тонн рідини. Ці детектори вимірюють нейтрино, реєструючи зіткнення з атомами рідини.
З того часу геонейтрино вдалося спостерігати лише в одному експерименті з використанням подібної технології (5). Обидва виміри показують, що Близько половини тепла Землі від радіоактивності (20 терават) можна пояснити розпадом урану та торію. Джерело решти 50%… поки що невідомо що.
5. Модельна карта інтенсивності викидів геонейтрино Землі – прогнози
У липні 2017 року почалося будівництво будівлі, також відомої як ДУНАпланується завершити приблизно 2024 року. Об'єкт буде розташований майже за 1,5 км під землею в колишньому Хоумстеку, Південна Дакота.
Вчені планують використовувати DUNE, щоб відповісти на найважливіші питання сучасної фізики, ретельно вивчивши нейтрино, одну з найменш вивчених фундаментальних частинок.
У серпні 2017 року міжнародна група вчених опублікувала в журналі Physical Review D статтю, в якій запропонувала досить інноваційне використання DUNE як сканера для вивчення внутрішньої будови Землі. До сейсмічних хвиль і свердловин додався б новий метод вивчення надр планети, що, можливо, показало б нам зовсім нову її картину. Однак поки що це лише ідея.
З космічної темної матерії ми дісталися нутрощів нашої планети, не менш темних для нас. і непроникність цих речей бентежить, але не так сильно, як тривога, що ми не бачимо всі об'єкти, які знаходяться відносно близько до Землі, особливо ті, що знаходяться на шляху зіткнення з нею.
Втім, це трохи інша тема, яку ми нещодавно докладно обговорювали у МТ. Наше прагнення розвивати методи спостереження є цілком виправданим у всіх контекстах.
