• Monday June 24,2019

Czym jest ciemna materia? Nawet najlepsze teorie się rozpadają

Anonim

Badanie ciemnej materii jest niepokojące. Naukowcy byli zdenerwowani, gdy po raz pierwszy zauważyli, że galaktyki nie obracają się z tą samą fizyką co wirująca płyta. Gwiazdy na krawędzi galaktyki obracają się szybciej, niż się spodziewano. A ich ruch można wytłumaczyć tylko mnóstwem niewidzialnej materii, której nie możemy zobaczyć.

To było ekscytujące bardziej niż niepokojące, gdy pole było nowe, a pomysły były obfite i jeszcze nie udowodniono, że są złe. Naukowcy skonsolidowali te możliwości w dwóch głównych obozach, wraz ze sprytnymi akronimami: MACHO (Massive Compact Halo Objects) i WIMP (słabo interakcjonujące masywne cząstki).

MACHOS Aren 't the Answer

MACHO są mniej egzotyczną możliwością. Ty i ja nie świecimy ani nie odbijamy światła bardzo dobrze, więc całkiem rozsądnie jest zasugerować, że przestrzeń i galaktyki zawierają wiele rzeczy - planet, gwiazd, które nie są wystarczająco duże, by włączyć się i zapalić, grzebiącą w świecie przestrzeń robaki - których po prostu nie możemy zobaczyć, ponieważ są dosłownie ciemne i nie mamy wystarczająco dużej latarki.

Tyle tylko, że możemy wykryć niektóre z tych obiektów (nie robaki), ponieważ są tak masywne, że otaczają je światłem. One istnieją i wiemy, że są tam mimo ciemności. A jednak jest ich za mało, aby matematyka rotacji galaktyk działała. Ten sam problem pojawia się, gdy wyobrażamy sobie wszechświat pełen czarnych dziur. Musielibyśmy zobaczyć te zgniatające światło soczewki grawitacyjne wszędzie, a my nie, nawet jeśli wyglądamy bardzo ciężko.

Poszukiwanie WIMP

A więc społeczność astrofizyczna przeszła głównie do WIMP. Zamiast dużych obiektów, być może wszechświat jest pełen małych rzeczy, których nie możemy zobaczyć. Będą to roje obiektów, takich jak atomy, które po prostu nie odbijają lub nie absorbują światła ani żadnej innej energii elektromagnetycznej, w przeciwieństwie do całej materii, którą możemy dotknąć, zmierzyć i zobaczyć wokół nas na Ziemi. Ta koncepcja jest bardziej niepokojąca, lub powinna być, jeśli pamiętasz, że jedną z zasad nauki jest to, że powinna działać tak samo wszędzie we wszechświecie. Wiemy, że istnieją neutrina: maleńkie, w większości bezmasowe cząstki, które ledwo oddziałują z otaczającym je wszechświatem. Problem polega na tym, że są one w większości pozbawione masy. Nie możemy się dowiedzieć, jak jest ich wystarczająco dużo, aby uzupełnić 84 procent materii wszechświata, której nie możemy zobaczyć.

Więc może ciemna materia to inny obiekt, którego jeszcze w ogóle nie zaobserwowaliśmy, coś, co nazywa się neutrino. Naukowcy wymyślili prawdopodobny opis takiej cząstki, jak Wielki Wybuch, jak wiemy, mógł je stworzyć i jak pasują do standardowego modelu fizyki cząstek elementarnych, nie niszcząc wszystkiego po drodze.

Czy ciemna materia to nowy eter?


Ale szukaliśmy ich przez jakiś czas. Zbudowaliśmy niezwykle wrażliwe, dziwaczne instrumenty, aby je wyszukać. Należą do nich kadzie z płynnymi ksenonami przechowywanymi milami pod ziemią oraz teleskopy poszukujące cząstek ciemnej materii rozpadających się na rzeczy, które możemy zobaczyć i zmierzyć, jak promienie gamma. Zawiera Wielki Zderzacz Hadronów, jeden z najdroższych eksperymentów naukowych jakie kiedykolwiek zbudowano. I nie znaleźliśmy ich. Nie znaleźliśmy samych WIMP i nie znaleźliśmy przekonujących dowodów na ich istnienie.

Z wyjątkiem oczywiście trwałych dowodów, których nie możemy zignorować, że wszechświat jest cięższy niż to, co możemy zobaczyć.

W tym momencie niepokojące uczucie znów rośnie. Wiele dekad temu naukowcy byli przekonani o istnieniu "eteru świetlnego" jako medium do przenoszenia światła. To, co teraz widziałem, było niezręczną wiarą, która powinna zostać odrzucona dużo wcześniej niż była. Naukowcy upierali się, ponieważ byli pewni, że światło, podobnie jak dźwięk, wymaga medium, które musi przejść, pomimo dowodów piętrzących się przeciwko tej koncepcji. Raz oszukani naukowcy muszą zapytać: czy ciemna materia to nowy eter?

Przez dziesięciolecia kilku nieuczciwych naukowców stało z nadzieją na skraju szacunku, oferując swoją teorię zwaną Modified Newtonian Dynamics lub MOND. Zasadniczo mówi się, że fizyka nie działa tak, jak ją znamy w największej skali. Mówi, że wyciągnęliśmy złe wnioski, a ciemna materia nie jest wymagana do wyjaśnienia wszechświata. Nikt nie zdołał rozwinąć teorii MOND, która odpowiednio wyjaśnia otaczający nas wszechświat, ale czasami zyskuje nawróconych tylko dlatego, że konkurująca teoria ciemnej materii ma rażącą wadę: nie możemy jej znaleźć.

Być może mylisz się co do czegoś w standardowym modelu, który definiuje jak zachowują się i współdziałają najmniejsze cząsteczki we wszechświecie, a ciemna materia istnieje, ale w zupełnie innej formie, niż się spodziewamy. A może myli się co do praw grawitacji.

A może, może nawet jutro, eksperyment zamieni neutrino dokładnie tam, gdzie zdaniem naukowców powinno być. Cząstka uderzy w zbiornik przechłodzonego ksenonu. Zespół LHC odkryje nową cząstkę. Nauka jest trudna i widziana wbrew długiej historii postępu naukowego, zaczęliśmy dopiero wczoraj szukać ciemnej materii. Dopóki coś się nie zmieni, będziemy musieli odpoczywać z niepokojącą możliwością, że fizyka, jaką znamy, może być bardzo zła.

Korey Haynes jest pisarzem magazynu Discover.


Ciekawe Artykuły

Po prostu Dodaj wodę i Krzemowe fałdy w kształty origami

Po prostu Dodaj wodę i Krzemowe fałdy w kształty origami

Zapamiętaj te elementarne lekcje geometrii, które polegały na wycinaniu wzoru z arkusza roboczego i składaniu wzdłuż przerywanych linii w celu utworzenia kostki, stożka lub walca? Cóż, w pełni wykształceni naukowcy wciąż robią to samo, tylko w skali mikroskopijnej. Naukowcy z Uniwersytetu Twente w Holandii stworzyli samoskładające się, mikroskopijne struktury z azotanu krzemu. Kiedy krzem jes

Pan Hayward idzie do Waszyngtonu

Pan Hayward idzie do Waszyngtonu

The Oil Drum opublikował i połączył (pdf) z listem wysłanym przez Komitet ds. Energii i Handlu do CEO BP Tony Hayward w ramach przygotowań do jego nadchodzących zeznań dotyczących obaw związanych z ryzykownymi praktykami związanymi z wyciekiem ropy. Zaczyna: Drogi Panie Hayward: Z niecierpliwością oczekujemy na wasze zeznania przed podkomisją ds. Nadzoru i śl

Zajęty Rok Etny trwa wraz z 17. erupcją

Zajęty Rok Etny trwa wraz z 17. erupcją

W 2011 r. Pozostały nam jeszcze dwa miesiące, a Etna we Włoszech jest już w 17. paroksyzmie *. W przeciwieństwie do wielu innych wydarzeń z początku roku, ten paroksyzm był nieco zaskoczeniem. Krater południowo-wschodni, w którym większość aktywności w 2011 roku został wyśrodkowany, ucichł po dniu 16 października. Poprzednie parok

Tłuszcz z brzucha powiązany z problemami poznawczymi u starszych ludzi

Tłuszcz z brzucha powiązany z problemami poznawczymi u starszych ludzi

Jeśli masz ponad 60 lat, a według standardów BMI nadwaga, może nie być tak źle. Ale tu jest haczyk. Jeśli masz również gruby brzuch, ryzykujesz nie tylko problemy ze zdrowiem metabolicznym, ale także problemy poznawcze. To jest wniosek z badania opublikowanego w tym miesiącu w The British Journal of Nutrition. Przez lat

Jak często zdarza się wydarzenie Tunguska?

Jak często zdarza się wydarzenie Tunguska?

Przeczytaj aktualizację na dole tego posta; Poprawię kilka błędów, które popełniłem . Latem 1908 r. Eksplozja nad odległym rejonem Syberii w pobliżu rzeki Podkamennaja Tunguska zniszczyła setki kilometrów kwadratowych ziemi. Drzewa zostały spłaszczone, obszar przypalony, a fala ciśnienia z wybuchu została odczuta na całym świecie. Kilkadziesiąt la

Bajeczne Menu Nauki Obywatelskiej na Święto Dziękczynienia!

Bajeczne Menu Nauki Obywatelskiej na Święto Dziękczynienia!

Zaktualizowaliśmy i odesłaliśmy tę ucztę z okazji Święta Dziękczynienia, od Lily Bui! Zagłęb się w tę porcję projektów Święta Dziękczynienia ze swoimi przyjaciółmi i rodziną! Western Monarch Święto Dziękczynienia Pomóż naukowcom wykonać spis zimowych motyli Monarch. Hrabia Monarchowie w koloniach, w poranki wokół Święta Dziękczynienia. Zaczynać! Dzień Dziękczynieni