З чого складається матерія всесвіту. Темна матерія у Всесвіті

Все, що ми бачимо навколо себе (зірки та галактики) це не більше 4-5% від усієї маси у Всесвіті!

Згідно з космологічним теоріям сучасності, наш Всесвіт складається всього з 5% звичайної, так званої баріонної матерії, яка утворює всі об'єкти, що спостерігаються; 25% темної матерії, яка реєструється завдяки гравітації; та темної енергії, що становить цілих 70% від загального обсягу.

Терміни темна енергія і темна матерія не цілком вдалі і є дослівним, але не смисловим перекладом з англійської.

У фізичному сенсі дані терміни мають на увазі, тільки те, що ці речовини не взаємодіють з фотонами, і їх з таким же успіхом можна було б назвати невидимою або прозорою матерією і енергією.

Багато сучасних вчених переконані, що дослідження спрямовані на вивчення темної енергії та матерії, ймовірно, допоможуть отримати відповідь на глобальне питання: що ж очікує наш Всесвіт у майбутньому?

Згустки розміром із галактику

Темна матерія є субстанцією, що складається, швидше за все, з нових, ще невідомих у земних умовах частинок і що володіє властивостями властивими звичайнісінькому речовині. Наприклад, вона здатна також як звичайні речовини збиратися в згустки та брати участь у гравітаційних взаємодіях. Ось тільки розміри цих про згустків можуть перевищувати цілу галактику і навіть скупчення галактик.

Підходи та методи дослідження частинок темної матерії

На даний момент вчені всього світу всіляко намагаються виявити або отримати штучно в земних умовах частинки темної матерії, за допомогою спеціально розробленого надтехнологічного обладнання та безлічі різних науково-дослідних методів, але поки що всі роботи не увінчуються успіхом.

Один із методів пов'язаний із проведенням експериментів на прискорювачах високої енергії, широко відомих як колайдери. Вчені, вважаючи, що частинки темної матерії важчі за протон у 100-1000 разів, припускають, що вони повинні зароджуватися при зіткненні звичайних частинок, розігнаних до високих енергій за допомогою колайдера. Суть іншого методу полягає в реєстрації частинок темної матерії, що знаходяться навколо нас. Основна складність реєстрації даних частинок полягає в тому, що вони виявляють дуже слабку взаємодію зі звичайними частинками, які за своєю суттю для них є прозорими. І все ж частки темної матерії дуже рідко, але стикаються з ядрами атомів, і є певна надія рано чи пізно все ж таки зареєструвати дане явище.

Існують і інші підходи та методи дослідження частинок темної матерії, а який з них першим приведе до успіху, покаже лише час, але у будь-якому разі відкриття цих нових частинок стане найважливішим науковим досягненням.

Субстанція, що має антигравітацію

Темна енергія є ще більш незвичайною субстанцією, ніж та ж темна матерія. Вона не має здатності збиратися в згустки, в результаті чого рівномірно розподілена абсолютно по всьому Всесвіту. Але найнезвичайнішою її властивістю на даний момент є антигравітація.

Природа темної матерії та чорних дірок

Завдяки сучасним астрономічним методам є можливість визначити темп розширення Всесвіту в даний час і змоделювати його зміни раніше в часі. В результаті цього отримано інформацію про те, що в даний момент, так само як і в недалекому минулому, наш Всесвіт розширюється, при цьому темп цього процесу постійно збільшується. Саме тому і з'явилася гіпотеза про антигравітацію темної енергії, тому що звичайне гравітаційне тяжіння справляло б сповільнюючий вплив на процес «розбігання галактик», стримуючи швидкість розширення Всесвіту. Дане явище не суперечить загальній теорії відносності, але при цьому темної енергії необхідно мати негативний тиск - властивість, якою не володіє жодна з відомих на даний момент речовин.

Кандидати на роль "Темної енергії"

Маса галактик у скупченні Абель 2744 становить менше 5 відсотків від усієї його маси. Цей газ настільки гарячий, що світить лише в рентгенівському діапазоні (червоний колір на цьому зображенні). Розподіл невидимої темної матерії (що становить близько 75 відсотків від маси цього кластера) забарвлений у синій колір.

Одним із передбачуваних кандидатів на роль темної енергії є вакуум, щільність енергії якого залишається незмінною в процесі розширення Всесвіту і тим самим підтверджує негативний тиск вакууму. Іншим передбачуваним кандидатом є «квінтесенція» — незвідане раніше надслабке поле, яке нібито проходить через увесь Всесвіт. Також є й інші можливі кандидати, але не один із них на даний момент так і не сприяв отриманню точної відповіді на запитання: що таке темна енергія? Але вже зараз зрозуміло, що темна енергія являє собою щось надприродне, залишаючись головною загадкою фундаментальної фізики XXI століття.

Відомо, що темна речовина взаємодіє зі «світиться» (баріонним), принаймні, гравітаційним чином і є середовищем із середньою космологічною щільністю, яка в кілька разів перевищує щільність баріонів. Останні захоплюються в гравітаційні ями концентрацій темної матерії. Тому, хоча частинки темної матерії і взаємодіють зі світлом, світло випромінюється звідти, де є темне речовина. Ця чудова властивість гравітаційної нестійкості уможливила вивчення кількості, стану та розподілу темної матерії за спостережними даними від радіодіапазону до рентгенівського випромінювання.

Безпосереднє вивчення розподілу темної матерії в скупченнях галактик стало можливим після отримання високодеталізованих зображень у 1990-х роках. При цьому зображення більш віддалених галактик, що проектуються на скупчення, виявляються спотвореними або розщеплюються через ефект гравітаційного лінзування. За характером цих спотворень стає можливим відновити розподіл і величину маси всередині скупчення незалежно від спостережень галактик скупчення. Таким чином, прямим методом підтверджується наявність прихованої маси та темної матерії у галактичних скупченнях.

Опубліковане в 2012 році дослідження руху понад 400 зірок, розташованих на відстані до 13 000 світлових років від Сонця, не знайшло свідчень присутності темної матерії у великому обсязі простору навколо Сонця. Згідно з прогнозами теорій, середня кількість темної матерії на околиці Сонця мала становити приблизно 0,5 кг в обсязі земної кулі. Однак виміри дали значення 0,00±0,06 кг темної матерії у цьому обсязі. Це означає, що спроби зареєструвати темну матерію на Землі, наприклад, при рідкісних взаємодіях частинок темної матерії зі «звичайною» матерією, навряд чи можуть бути успішними.

Кандидати на роль темної матерії

Баріонна темна матерія

Найбільш природним видається припущення, що темна матерія складається зі звичайної, баріонної речовини, з якихось причин слабо взаємодіє електромагнітним чином і тому невиявленого при дослідженні, наприклад, ліній випромінювання та поглинання. До складу темної речовини можуть входити багато вже виявлених космічних об'єктів, як то: темні галактичні гало, коричневі карлики і масивні планети, компактні об'єкти на кінцевих стадіях еволюції: білі карлики, нейтронні зірки, чорні дірки. Крім того, такі гіпотетичні об'єкти, як кваркові зірки, Q-зірки і преонние зірки також можуть бути частиною темної барійної матерії.

Проблеми такого підходу виявляються в космології Великого вибуху: якщо вся темна матерія представлена баріонами, то співвідношення концентрацій легких елементів після первинного нуклеосинтезу, що спостерігається в найстаріших астрономічних об'єктах, має бути іншим, що різко відрізняється від спостережуваного. Крім того, експерименти з пошуку гравітаційного лінзування світла зірок нашої Галактики показують, що достатньої концентрації великих об'єктів, що гравітують, типу планет або чорних дірок для пояснення маси гало нашої Галактики не спостерігається, а дрібні об'єкти достатньої концентрації повинні занадто сильно поглинати світло зірок .

Небаріонна темна матерія

Теоретичні моделі надають великий вибір потенційних кандидатів роль небарионной невидимої матерії. Перелічимо деякі з них.

Легкі нейтрино

На відміну від інших кандидатів, нейтрино мають явну перевагу: відомо, що вони існують. Оскільки число нейтрино у Всесвіті можна порівняти з числом фотонів, то, володіючи навіть малою масою, нейтрино цілком можуть визначати динаміку Всесвіту. Для досягнення де - так звана критична щільність необхідні нейтринні маси порядку еВ, де позначає число типів легких нейтрино. Експерименти, що проводяться на сьогоднішній день, дають оцінку мас нейтрино порядку еВ. Таким чином, легкі нейтрино практично виключаються як кандидат на домінуючу фракцію темної матерії.

Важкі нейтрино

З даних про ширину розпаду Z-бозону випливає, що число поколінь частинок, що слабо взаємодіють (у тому числі нейтрино) дорівнює 3. Таким чином, важкі нейтрино (принаймні, з масою менше 45 ГеВ) з необхідністю є т.з. "стерильними", тобто не взаємодіють слабким чином частинками. Теоретичні моделі пророкують масу в дуже широкому діапазоні значень (залежно від природи цього нейтрино). З феноменології слід діапазон мас приблизно еВ, таким чином, стерильні нейтрино цілком можуть становити істотну частину темної матерії.

Суперсиметричні частки

У рамках суперсиметричних (SUSY) теорій існує щонайменше одна стабільна частка, яка є новим кандидатом на роль темної матерії. Передбачається, що ця частка (LSP) не бере участі в електромагнітній та сильній взаємодії. Як LSP-частинки можуть виступати фотино, гравітіно, хіггсіно (суперпартнери фотона, гравітону і бозона Хіггса відповідно), а також снейтрино, вино, і зино. У більшості теорій LSP-частка є комбінацією перерахованих вище SUSY-часток з масою порядку 10 ГеВ.

Косміони

Косміони були введені у фізику для вирішення проблеми сонячних нейтрино, що полягає у суттєвій відмінності потоку нейтрино, що детектуються на Землі, від значення, що передбачається стандартною моделлю Сонця. Однак ця проблема знайшла вирішення в рамках теорії нейтринних осциляцій та ефекту Міхєєва – Смирнова – Вольфенштейна, так що косміони, мабуть, виключаються з претендентів на роль темної матерії.

Топологічні дефекти простору-часу

Відповідно до сучасних космологічним уявленням енергія вакууму визначається якимось локально однорідним та ізотропним скалярним полем. Це поле необхідно для опису про фазових переходів вакууму при розширенні Всесвіту, під час яких відбувалося послідовне порушення симетрії, що призводить до роз'єднання фундаментальних взаємодій. Фазовий перехід - це стрибок енергії вакуумного поля, що прагне свого основного стану (станом з мінімальною енергією при даній температурі). Різні області простору могли відчувати такий перехід незалежно, внаслідок чого утворювалися області з певною «вишикуваністю» скалярного поля, які, розширюючись, могли увійти до контакту один з одним. У точках зустрічі областей з різною орієнтацією могли утворитися стабільні топологічні дефекти різної конфігурації: точково-подібні частинки (зокрема, магнітні монополі), протяжні лінійні об'єкти (космічні струни), двовимірні мембрани (доменні стінки), тривимірні дефекти. Всі ці об'єкти мають, як правило, колосальну масу і могли б давати домінуючий внесок у темну матерію. На даний момент (2012 рік) подібних об'єктів у Всесвіті не виявлено.

Класифікація темної матерії

Залежно від швидкостей частинок, у тому числі, імовірно, складається темна матерія, її можна розділити кілька класів.

Гаряча темна матерія

Складається з частинок, що рухаються зі швидкістю, близькою до світлової – ймовірно, з нейтрино. Ці частинки мають дуже маленьку масу, але все ж таки не нульову, і враховуючи величезну кількість нейтрино у Всесвіті (300 частинок на 1 см³), це дає величезну масу. У деяких моделях на нейтрино припадає 10% темної матерії.

Ця матерія через свою величезну швидкість не може утворювати стабільні структури, але може впливати на звичайну речовину та інші види темної матерії.

Тепла темна матерія

Матерію, що рухається з релятивістськими швидкостями, але нижче, ніж у гарячої темної матерії, називають теплою. Швидкості її частинок можуть лежати не більше від 0,1c до 0,95c. Деякі дані, зокрема температурні коливання фонового мікрохвильового випромінювання, дають підстави вважати, що така форма матерії може існувати.

Поки немає жодних кандидатів на роль складових теплої темної матерії, але можливо, стерильні нейтрино, які повинні рухатися повільніше за звичайні три аромати нейтрино, можуть стати одним з них.

Холодна темна матерія

Темну матерію, яка рухається при класичних швидкостях, називають холодною. Цей вид матерії становить найбільший інтерес, оскільки, на відміну теплої і гарячої темної матерії, холодна може утворювати стабільні формування, і навіть цілі темні галактики.

Поки що частинки, що підходять на роль складових частин холодної темної матерії, не виявлено. Як кандидати на роль холодної темної матерії виступають слабко взаємодіючі масивні частинки - вімпи, такі як аксіони і суперсиметричні партнери-ферміони легких бозонів - фотіно, гравітіно та інші.

Змішана темна матерія

У масовій культурі

У серії ігор Mass Effect темна матерія та темна енергія у формі так званого «Нульового елемента» необхідні для руху з надсвітловими швидкостями. Деякі люди, біотики, використовуючи темну енергію можуть контролювати поля ефекту маси.
У мультсеріалі «Футурама» темна матерія використовується як паливо для космічного корабля компанії «Міжпланетний експрес». З'являється матерія світ як випорожнень інопланетної раси «зубастильйонці» і за щільністю вкрай велика.

Див. також

Примітки

Література

Сайт Modern Cosmology, що містить у тому числі добірку матеріалів з темної матерії.
Г.В.Клапдор-Клайнгротхаус, А.ШтаудтНеприскорювальна фізика елементарних частинок. М.: Наука, Фізматліт, 1997.

Посилання

С. М. Біленький, Маси, змішування та осциляції нейтрино, УФН 173 1171-1186 (2003)
В. Н. Лукаш, Є. В. Міхєєва, Темна матерія: від початкових умов до утворення структури Всесвіту, УФН 177 1023-1028 (2007)
Д.І. Козаків "Темна матерія", з циклу лекцій у проекті «ПостНаука» (відео)
Анатолій Черепащук. "Нові форми матерії у Всесвіті, ч. 1" - Темна маса та темна енергія, з циклу лекцій «ACADEMIA» (відео)

Wikimedia Foundation. 2010 .

Дивитись що таке "Темна матерія" в інших словниках:

ТЕМНА МАТЕРІЯ- (ТМ) незвичайна матерія нашого Всесвіту, що складається не з (див.), тобто не з протонів, нейтронів, мезонів та ін. … …

Темна матерія The Outer Limits: Dark Matters Жанр фантастика … Вікіпедія

Цей термін має й інші значення, див. Темна зірка. Темна зірка (англ. Dark star) це теоретично передбачуваний тип зірок, які могли існувати на ранньому етапі формування Всесвіту, ще до того, як могли ... Вікіпедія

МАТЕРІЯ- об'єктивна реальність, що існує поза і незалежно від людської свідомості і відображена ним (напр., жива і нежива М.). Єдність світу у його матеріальності. У фізиці М. всі види існування (див.), яке може перебувати у різних… Велика політехнічна енциклопедія

Належить до «Теорії світобудови»

Темна матерія та темна енергія у Всесвіті

В. А. Рубаков,
Інститут ядерних досліджень РАН, Москва, Росія

1. Введення

Природознавство зараз перебуває на початку нового, надзвичайно цікавого етапу свого розвитку. Він чудовий насамперед тим, що наука про мікросвіт - фізика елементарних частинок - і наука про Всесвіт - космологія - стають єдиною наукою про фундаментальні властивості навколишнього світу. Різними методами вони відповідають на ті самі питання: якою матерією наповнений Всесвіт сьогодні? Яка була її еволюція у минулому? Які процеси, що відбувалися між елементарними частками в ранньому Всесвіті, привели в кінцевому підсумку до її сучасного стану? Якщо порівняно недавно обговорення таких питань зупинялося лише на рівні гіпотез , то сьогодні є численні експериментальні і спостережливі дані, дозволяють отримувати кількісні (!) відповіді ці питання. Це ще одна особливість нинішнього етапу: космологія за останні 10–15 років стала точною наукою. Вже сьогодні дані спостережної космології мають високу точність; ще більше інформації про сучасний та ранній Всесвіт буде отримано в найближчі роки.

Отримані останнім часом космологічні дані вимагають кардинального доповнення сучасних уявлень про структуру матерії та фундаментальні взаємодії елементарних частинок. Сьогодні ми знаємо все або майже все про ті «цеглинки», з яких складається звичайна речовина - атоми, атомні ядра, що входять до складу ядер протони і нейтрони, - і про те, як взаємодіють між собою ці «цеглинки» на відстані до 1 /1000 розміру атомного ядра (рис. 1). Це знання отримано в результаті багаторічних експериментальних досліджень, в основному на прискорювачах, і теоретичного осмислення цих експериментів. Космологічні дані свідчать про існування нових типів частинок, ще відкритих в земних умовах і складових «темну матерію» у Всесвіті. Швидше за все, йдеться про цілий пласт нових явищ у фізиці мікросвіту, і цілком можливо, що цей пласт явищ буде відкритий у земних лабораторіях у недалекому майбутньому.

Ще більш дивовижним результатом спостережної космології стала вказівка на існування абсолютно нової форми матерії - «темної енергії».

Які властивості темної матерії та темної енергії? Які космологічні дані свідчать про їхнє існування? Про що воно говорить із погляду фізики мікросвіту? Які перспективи вивчення темної матерії та темної енергії та в земних умовах? Цим питанням і присвячена пропонована до Вашої уваги лекція.

2. Всесвіт, що розширюється.

Є ціла низка фактів, що говорять про властивості Всесвіту сьогодні і відносно недалекому минулому.

Всесвіт загалом однорідна: всі області у Всесвіті виглядають однаково Зрозуміло, це стосується невеликих областей: є області, де багато зірок - це галактики; є області, де багато галактик, - це скупчення галактик; є й області, де галактик мало, це гігантські порожнечі. Але області розміром 300 мільйонів світлових років і більше виглядають однаково. Про це однозначно свідчать астрономічні спостереження, в результаті яких складено карту Всесвіту до відстаней близько 10 млрд світлових років від нас. Потрібно сказати, що ця «карта» є джерелом найціннішої інформації про сучасний Всесвіт, оскільки вона дозволяє на кількісному рівні визначити, як саме розподілено речовину у Всесвіті.

на Мал. 2показаний фрагмент цієї карти, що охоплює відносно невеликий обсяг Всесвіту. Видно, що у Всесвіті є структури досить великого розміру, але в цілому галактики розкидані в ній однорідно.

Всесвіт розширюється: галактики віддаляються один від одного Простір розтягується на всі боки, і що далі від нас знаходиться та чи інша галактика, то швидше вона віддаляється від нас. Сьогодні темп цього розширення невеликий: усі відстані збільшаться вдвічі приблизно за 15 млрд років, проте раніше темп розширення був набагато більшим. Щільність речовини у Всесвіті зменшується з часом, і в майбутньому Всесвіт буде все більш і більш розрідженим. Навпаки, раніше Всесвіт був набагато щільнішим, ніж зараз. Про розширення Всесвіту прямо свідчить «почервоніння» світла, випущеного віддаленими галактиками або яскравими зірками: через загальне розтягнення простору довжина хвилі світла збільшується за час, поки він летить до нас. Саме це явище було встановлено Е. Хабблом в 1927 і послужило наглядовим доказом розширення Всесвіту, передбаченого за три роки до цього Олександром Фрідманом.

Чудово, що сучасні спостережні дані дозволяють виміряти як темп розширення Всесвіту нині, але простежити темпом її розширення у минулому. Про результати цих вимірювань і випливають з них далекосяжні висновки ми ще говоритимемо. Тут же скажемо про наступне: сам факт розширення Всесвіту, разом з теорією гравітації - загальною теорією відносності - свідчить про те, що в минулому Всесвіт був надзвичайно щільним і надзвичайно швидко розширювався. Якщо простежити еволюцію Всесвіту у минуле, використовуючи відомі закони фізики, ми дійдемо висновку, що це еволюція розпочалася з Великого Вибуху; в цей момент речовина у Всесвіті була настільки щільною, а гравітаційна взаємодія настільки сильною, що відомі закони фізики були непридатними. З того часу минуло 14 млрд років, це - вік сучасного Всесвіту.

Всесвіт «теплий»: у ньому є електромагнітне випромінювання, що характеризується температурою Т = 2,725 градусів Кельвіна (реліктові фотони, що сьогодні є радіохвилями). Зрозуміло, ця температура сьогодні невелика (нижче за температуру рідкого гелію), проте це було далеко не так у минулому. У процесі розширення Всесвіт остигає, так що на ранніх стадіях його еволюції температура, як і щільність речовини, була набагато вищою, ніж сьогодні. У минулому Всесвіт був гарячим, щільним і швидко розширюється.

Фото, зображене на Мал. 3 , привів до кількох важливих та несподіваних висновків. По-перше, він дозволив встановити, що наш тривимірний простір з гарним ступенем точності евклідовий: сума кутів трикутника в ньому дорівнює 180 градусів навіть для трикутників зі сторонами, довжини яких можна порівняти з розміром видимої частини Всесвіту, тобто порівняти з 14 млрд світлових років. Взагалі кажучи, загальна теорія відносності припускає, що простір може бути не евклідовим, а викривленим; спостережливі дані свідчать, що це не так (принаймні для нашої області Всесвіту). Спосіб вимірювання "суми кутів трикутника" на космологічних масштабах відстаней полягає в наступному. Можна надійно обчислити характерний просторовий розмір областей, де температура відрізняється від середньої: на момент переходу плазма-газ цей розмір визначається віком Всесвіту, тобто пропорційний 300 тис. світлових років. Кутовий розмір цих областей, що спостерігається, залежить від геометрії тривимірного простору, що і дає можливість встановити, що ця геометрія - евклідова.

У разі евклідової геометрії тривимірного простору загальна теорія відносності однозначно пов'язує темп розширення Всесвіту з сумарним щільністю всіх форм енергії та, так само як у ньютонівській теорії тяжіння швидкість обертання Землі навколо Сонця визначається масою Сонця. Виміряний темп розширення відповідає повній щільності енергії та в сучасному Всесвіті

У термінах щільності маси (оскільки енергії я пов'язана з масою співвідношенням Е = mс 2 ) це число складає

Якби енергія у Всесвіті цілком визначалася енергією спокою звичайної речовини, то в середньому у Всесвіті було б 5 протонів у кубічному метрі. Ми побачимо, однак, що звичайної речовини у Всесвіті набагато менше.

По-друге, з фотографії Мал. 3 можна встановити, яка була величина(амплітуда) неоднорідностейтемператури та щільності в ранньому Всесвіті - вона становила 10 -4 -10 -5 від середніх значень. Саме з цих неоднорідностей щільності виникли галактики і скупчення галактик: області з вищою щільністю притягували себе навколишнє речовина з допомогою гравітаційних сил, ставали ще щільнішими і зрештою утворювали галактики.

Оскільки початкові неоднорідності щільності відомі, процес утворення галактик можна розрахувати і результат порівняти з розподілом галактик у Всесвіті, що спостерігається. Цей розрахунок узгоджується зі спостереженнями, тільки якщо припустити, що крім звичайної речовини у Всесвіті є інший тип речовини - темна матерія, Внесок якої в повну густину енергії і сьогодні становить близько 25%.

Інший етап еволюції Всесвіту відповідає ще більш раннім часом, від 1 до 200 секунд (!) з моменту Великого Вибуху, коли температура Всесвіту сягала мільярдів градусів. У цей час у Всесвіті відбувалися термоядерні реакції, аналогічні до реакцій, що протікають у центрі Сонця або в термоядерній бомбі. В результаті цих реакцій частина протонів зв'язалася з нейтронами та утворила легкі ядра – ядра гелію, дейтерію та літію-7. Кількість легких ядер, що утворилися, можна розрахувати, при цьому єдиним невідомим параметром є щільність числа протонів у Всесвіті (остання, зрозуміло, зменшується за рахунок розширення Всесвіту, але її значення в різні часи простим чином пов'язані між собою).

Порівняння цього розрахунку зі спостережуваною кількістю легких елементів у Всесвіті наведено на Мал. 4 : лінії є результатами теоретичного розрахунку залежно від єдиного параметра - щільності звичайної речовини (баріонів), а прямокутники - спостережні дані. Чудово, що є згода всім трьох легких ядер (гелію-4, дейтерію і літію-7); згода є і з даними щодо реліктового випромінювання (показані вертикальною смугою на рис. 4, позначеної СМВ - Cosmic Microwave Background). Ця згода свідчить про те, що загальна теорія відносності та відомі закони ядерної фізики правильно описують Всесвіт у віці 1-200 секунд, коли речовина в ній мала температуру мільярд градусів і вище. Для нас важливо, що всі ці дані приводять до висновку про те, що щільність маси звичайної речовини в сучасному Всесвіті становить

тобто звичайна речовина вкладає всього 5% у повну щільність енергії та у Всесвіті.

4. Баланс енергій у сучасному Всесвіті

Отже, частка звичайної речовини (протонів, атомних ядер, електронів) у сумарній енергії та в сучасному Всесвіті становить лише 5%. Крім звичайної речовини у Всесвіті, є і реліктові нейтрино - близько 300 нейтрино всіх типів у кубічному сантиметрі. Їх внесок у повну енергію (масу) у Всесвіті невеликий, оскільки маси нейтрино малі, і становить наперед не більше 3%. 90-95% повної енергії, що залишилися, і у Всесвіті - «невідомо що». Більше того, це «невідомо що» складається з двох фракцій - темної матерії та темної енергії та, як зображено на Мал. 5 .

При цьому речовини у зірках ще в 10 разів менші; звичайна речовина знаходиться в основному у хмарах газу.

5. Темна матерія

Темна матерія схожа на звичайну речовину в тому сенсі, що вона здатна збиратися в згустки (розміром, скажімо, з галактику або скупчення галактик) і бере участь у гравітаційних взаємодіях так само, як звичайна речовина. Швидше за все, вона складається з нових, не відкритих ще у земних умовах частинок.

Крім космологічних даних, на користь існування темної матерії є вимірювання гравітаційного поля в скупченнях галактик і в галактиках. Є кілька способів вимірювання гравітаційного поля в скупченнях галактик, один з яких - гравітаційне лінзування, проілюстроване на Мал. 6 .

Гравітаційне поле скупчення викривляє промені світла, випущені галактикою, що знаходиться за скупченням, тобто гравітаційне поле діє як лінза. У цьому іноді з'являються кілька образів цієї віддаленої галактики; на лівій половині рис. 6 вони мають блакитний колір. Викривлення світла залежить від розподілу маси у скупченні, незалежно від того, які частки цю масу утворюють. Відновлений у такий спосіб розподіл маси показано на правій половині рис. 6 блакитним кольором; видно, що воно сильно відрізняється від розподілу речовини, що світиться. Виміряні подібним чином маси скупчень галактик узгоджуються з тим, що темна матерія вкладає близько 25% у повну густину енергії та у Всесвіті. Нагадаємо, що це ж число виходить з порівняння теорії утворення структур (галактик, скупчень) зі спостереженнями.

Темна матерія є й у галактиках. Це знову-таки випливає з вимірювань гравітаційного поля, тепер уже в галактиках та їх околицях. Чим сильніше гравітаційне поле, тим швидше обертаються навколо галактики зірки та хмари газу, отже вимірювання швидкостей обертання залежно від відстані до центру галактики дозволяють відновити розподіл маси у ній. Це проілюстровано на Мал. 7 : у міру віддалення від центру галактики швидкості звернення не зменшуються, що говорить про те, що в галактиці, в тому числі далеко від її частини, що світиться, є темна матерія, що не світиться. У нашій Галактиці на околиці Сонця маса темної матерії приблизно дорівнює масі звичайної речовини.

Що являють собою частинки темної матерії? Зрозуміло, що ці частки не повинні розпадатися на інші, легші частки, інакше вони розпалися б за час існування Всесвіту. Сам цей факт свідчить про те, що у природі діє новий, не відкритий поки закон збереження, що забороняє цим часткам розпадатися. Аналогія тут із законом збереження електричного заряду: електрон – це найлегша частка з електричним зарядом, і саме тому він не розпадається на більш легкі частинки (наприклад, нейтрино та фотони). Далі, частинки темної матерії надзвичайно слабко взаємодіють із нашою речовиною, інакше вони вже були виявлені в земних експериментах. Далі починається область гіпотез. Найбільш правдоподібною (але далеко не єдиною!) представляється гіпотеза про те, що частинки темної матерії в 100-1000 разів важче протона, і що їх взаємодія зі звичайною речовиною за інтенсивністю порівняно з взаємодією нейтрино. Саме в рамках цієї гіпотези сучасна щільність темної матерії знаходить просте пояснення: частинки темної матерії інтенсивно народжувалися і анігілювали в дуже ранньому Всесвіті при надвисоких температурах (порядку 10 15 градусів), і частина їх дожила до наших днів. При зазначених параметрах цих частинок їхня сучасна кількість у Всесвіті виходить саме така, яка потрібна.

Чи можна очікувати відкриття частинок темної матерії в майбутньому в земних умовах? Оскільки ми сьогодні не знаємо природи цих частинок, відповісти на це питання цілком однозначно не можна. Тим не менш, перспектива видається досить оптимістичною.

Є кілька шляхів пошуку частинок темної матерії. Один із них пов'язаний з експериментами на майбутніх прискорювачах високої енергії та - колайдерах. Якщо частинки темної матерії дійсно важчі за протон у 100–1000 разів, то вони народжуватимуться у зіткненнях звичайних частинок, розігнаних на колайдерах до високих енергій (енергій, досягнутих на існуючих колайдерах, для цього не вистачає). Найближчі перспективи тут пов'язані з будується в міжнародному центрі ЦЕРН під Женевою Великим адронним колайдером (LHC), на якому будуть отримані зустрічні пучки протонів з енергією 7x7 Тераелектронвольт. Потрібно сказати, що згідно з популярними сьогодні гіпотезами, частинки темної матерії - це лише один представник нового сімейства елементарних частинок, так що поряд з відкриттям частинок темної матерії можна сподіватися на виявлення на прискорювачах цілого класу нових частинок і нових взаємодій. Космологія підказує, що відомими сьогодні «цеглинами» світ елементарних частинок далеко не вичерпується!

Інший шлях полягає у реєстрації частинок темної матерії, які літають довкола нас. Їх аж ніяк не мало: при масі, що дорівнює 1000 мас протону, цих частинок тут і зараз має бути 1000 штук у кубічному метрі. Проблема в тому, що вони вкрай слабо взаємодіють із звичайними частинками, речовина для них є прозорою. Проте частинки темної матерії зрідка стикаються з атомними ядрами, і ці зіткнення можна сподіватися зареєструвати. Пошук у цьому напрямку

Нарешті, ще один шлях пов'язаний із реєстрацією продуктів анігіляції частинок темної матерії між собою. Ці частинки повинні накопичуватися в центрі Землі та в центрі Сонця (речовина для них практично прозора, і вони здатні провалюватися всередину Землі або Сонця). Там вони анігілюють один з одним і при цьому утворюються інші частинки, у тому числі нейтрино. Ці нейтрино вільно проходять крізь товщу Землі чи Сонця, і може бути зареєстровані спеціальними установками - нейтринними телескопами. Один з таких нейтринних телескопів розташований у глибині озера Байкал (НТ-200, Мал. 8 ), Інший (AMANDA) - глибоко у льоду на Південному полюсі.

Як показано на Мал. 9 , Нейтрино, що приходить, наприклад, з центру Сонця, може з малою ймовірністю випробувати взаємодію у воді, в результаті чого утворюється заряджена частка (мюон), світло від якої і реєструється. Оскільки взаємодія нейтрино з речовиною дуже слабка, ймовірність такої події мала, і потрібні детектори дуже великого обсягу. Зараз на Південному полюсі почалося спорудження детектора об'ємом 1 кубічний кілометр.

Є й інші підходи до пошуку частинок темної матерії, наприклад пошук продуктів їх анігіляції в центральній області нашої Галактики. Який із усіх цих шляхів першим приведе до успіху, покаже час, але у будь-якому разі відкриття цих нових частинок та вивчення їх властивостей стане найважливішим науковим досягненням. Ці частки розкажуть нам про властивості Всесвіту через 10 -9 с (одна мільярдна секунди!) після Великого Вибуху, коли температура Всесвіту становила 10-15 градусів, і частинки темної матерії інтенсивно взаємодіяли з космічною плазмою.

6. Темна енергія

Темна енергія - набагато дивніша субстанція, ніж темна матерія. Почати з того, що вона не збирається в згустки, а поступово «розлита» у Всесвіті. У галактиках і скупченнях галактик її стільки ж, скільки поза ними. Найнезвичайніше те, що темна енергія я в певному сенсі відчуває антигравітацію. Ми вже говорили, що сучасними астрономічними методами можна не лише виміряти нинішній темп розширення Всесвіту, а й визначити, як він змінювався з часом. Так ось, астрономічні спостереження свідчать, що сьогодні (і в недалекому минулому) Всесвіт розширюється з прискоренням: темп розширення зростає з часом. У цьому сенсі і можна говорити про антигравітацію: звичайне гравітаційне тяжіння уповільнювало б розбігання галактик, а в нашому Всесвіті, виходить, все навпаки.

Така картина, взагалі кажучи, не суперечить загальної теорії відносності, проте для цього темна енергія повинна мати спеціальну властивість - негативний тиск. Це різко відрізняє її від традиційних форм матерії. Не буде перебільшенням сказати, що природа темної енергії - це головна загадка фундаментальної фізики XXI століття.

Один із кандидатів на роль темної енергії та - вакуум. Щільність енергії вакууму не змінюється при розширенні Всесвіту, а це і означає негативний тиск вакууму. Інший кандидат - нове надслабке поле, що пронизує весь Всесвіт; йому використовують термін «квінтесенція». Є й інші кандидати, але в будь-якому випадку темна енергія я є щось зовсім незвичайне.

Інший шлях пояснення прискореного розширення Всесвіту полягає в тому, щоб припустити, що самі закони гравітації видозмінюються на космологічних відстанях та космологічних часах. Така гіпотеза далеко не нешкідлива: спроби узагальнення загальної теорії відносності в цьому напрямку стикаються з серйозними труднощами.

Очевидно, якщо таке узагальнення взагалі можливо, воно буде пов'язані з уявленням про існування додаткових розмірностей простору, крім тих трьох вимірів, які ми сприймаємо у повсякденному досвіді.

На жаль, зараз не видно шляхів прямого експериментального дослідження темної енергії та в земних умовах. Це, звичайно, не означає, що в майбутньому не може з'явитися нових блискучих ідей у цьому напрямі, але сьогодні надії на прояснення природи темної енергії та (або, ширше, причини прискореного розширення Всесвіту) пов'язані виключно з астрономічними спостереженнями та з отриманням нових, Найточніших космологічних даних. Нам належить дізнатися в деталях, як саме розширювалася Всесвіт на відносно пізньому етапі її еволюції, і це, треба сподіватися, дозволить зробити вибір між різними гіпотезами.

Йдеться спостереженнях наднових типу 1а.

Зміна енергії та при зміні обсягу визначається тиском, Δ Е = -pΔ V. При розширенні Всесвіту енергії вакууму зростає разом з об'ємом (щільність енергії і постійна), що можливо, тільки якщо тиск вакууму негативно. Зазначимо, що протилежні знаки тиску та енергії та вакууму прямо випливають з Лоренц-інваріантності.

7. Висновок

Як часто буває в науці, вражаючі успіхи фізики частинок та космології поставили несподівані та фундаментальні питання. Ми сьогодні не знаємо, що є основною частиною матерії у Всесвіті. Ми можемо лише здогадуватися, які явища відбуваються на надмалих відстанях, і які процеси відбувалися у Всесвіті на ранніх етапах його еволюції. Чудово, що на багато з цих питань відповіді будуть знайдені в найближчому майбутньому - протягом 10-15 років, а можливо, і раніше. Наш час – це час кардинальної зміни погляду на природу, і головні відкриття тут ще попереду.

ОБГОВОРЕННЯ

18.04.2005 09:32 | rykov

Мені лекція Валерія Анатолійовича Рубакова надзвичайно сподобалася. Я вперше чую лекцію з опорою не на теорію, а на спостережені дані. Відомо, що теорій, що пояснюють явища, може бути кілька і навіть суперечать між собою. Крім того, наведені дані укладаються в гіпотезу про природу гравітації та антигравітації у формі зарядової та магніто-масової структури "вакууму". Надлишок заряду "вакууму" є джерелом Кулонівського тяжіння між тілами з речовини і водночас джерелом сил відштовхування однойменного електричного заряду. Це відштовхування спостерігається у вигляді розширення Всесвіту - на початку швидкого через велику щільність заряду, зараз - уповільнене через наявність приблизно 2000 Кулон/м^3. "Темна" матерія в гіпотезі існує у формі магніто-масового континууму як джерела мас реальних частинок і потоків магнітної індукції.

18.04.2005 15:12 | grechishkin

18.04.2005 16:40 | Markab

Лекція здивувала. Саме велика проблема зі спостережливим матеріалом. Взяли зі стелі з початку темну матерію, для того щоб пояснити недолік маси галактик, що спостерігається, а потім, для того щоб пояснити спостерігається розширення всесвіту, ввели темну енергію. Властивості темної матерії пояснили дуже навіть логічно: у сильну взаємодію не вступає (тобто не може об'єднуватися в більш важкі елементи), електрично нейтральні, із звичайною речовиною взаємодіє дуже слабо (як нейтрино тому погано виявлена) і має дуже велику масу спокою. Велика маса спокою ймовірно знадобилася доповідачу для того, щоб пояснити, чому ця частка не була виявлена досі. Просто немає поки що таких прискорювачів. А якби були, то неодмінно знайшли б. Потрібна прихована маса – отримайте. Ситуація як з ефіром за старих часів.
Спостережний матеріал дійсно свідчить про те, що в галактичному гало зосереджена матерія, що не реєструється телескопами. Питання "Що це може бути?" залишається поки відкритим, але навіщо ж пояснювати проблему прихованої маси через сімейство нових частинок?
Щодо темної енергії в. Розширення всесвіту факт спостерігається поки що не пояснений але й новий. Для пояснення розширення всесвіту автору потрібна темна енергія. Математично відштовхування матерії ввів Ейнштейн у вигляді лямбда-члена, тепер фізично ми пояснюємо лямбда член темною матерією. Одне незрозуміле через інше. Ось у філософії Ньютона для пояснення стійкості орбіт планет був потрібний Бог, оскільки інакше в силу гравітації планети мали б впасти на Сонце. Тут Богом назвали темну енергію.
Не менш цікавим видається і баланс енергії і в сучасному всесвіті. Так на всю речовину відводиться менше 10%, на вигадані доповідачем частинки припадає 25% енергії і, ну а все інше - темна енергія. Як порахували: всесвіт евклідова -> швидкість розширення відома->застосовуємо ОТО = отримуємо загальну енергію Всесвіту.
З того що отримали, відібрали енергію...

18.04.2005 16:43 | Markab

ПРОДОВЖЕННЯ
З того що отримали, відібрали енергію спостережуваної речовини, а енергію, що залишилася, поділили між силою розштовхування (темна енергія) і недостатньою масою (темна матерія).
Почнемо з евклідовості всесвіту. Евклідовість Всесвіту необхідно довести кількома незалежними способами. Запропонований метод непереконливий тим, що момент переходу Всесвіту плазма-газ можна оцінити у кращому випадку з множником 2 у той чи інший бік. Тож чи буде евклідова Всесвіт якщо розмір осередку прийняти 150 чи 600 тис. світлових років? Скоріш за все ні. А отже не можна застосовувати ОТО для оцінки загальної енергії та у Всесвіті.

19.04.2005 19:58 | rykov

У будь-якому результаті контр аргументів Марка, ми спостерігаємо дивовижний збіг між "темною" матерією і магніто-масовим континуумом, між "темною" енергією та зарядовою структурою "фізичного вакууму". Тому я розглядаю нове слово у космології як майже пряме підтвердження поширення світла та гравітації у космосі. Це дуже добрий збіг.

19.04.2005 23:10 | Alex1998

Гаразд локшину людям на вуха вішати про "дивовижні збіги". Забув уже, як тебе в ru.science носом тицяли? У тебе там не тільки з "темною" матерією збігів не доведеться, а й зі шкільним курсом фізики.

Хоча кадр ти звичайно за своєю безцеремонністю рідкісний... І Малдасену вже пожурити встиг, і Гінсбурга по плечу поплескати...

10.06.2005 15:15 | rykov

Це Лук'янов?
Почитайте ось це: "Швидкість гравітації"
http://www.inauka.ru/blogs/artic le54362/print.html
Для Вашої самоосвіти. А загалом, у фізиці дуже дивна ситуація. З цього приводу:
1. Поширення світла (ЕМВ) неможливе в порожнечі, позбавленої електричних зарядів. Фізика стверджує протилежне, суперечачи матеріальності Всесвіту. Мабуть, це головна діра у фізичній теорії.
2. Постулат постійності швидкості світла для Всесвіту призводить до наступного спотворення матеріальності нашого світу: необхідність введення уповільнення часу для пояснення явищ, що спостерігаються. Без цього запровадження змін часу неможлива взагалі будь-яка інтерпретація даних досвіду.
3. Викривлення простору як модель гравітації та інерції також призводить до заперечення матеріальної основи гравітації. При цьому порушується загальне значення числа pi у фізиці, яке реалізується лише у невикривленому просторі.

Ймовірно, це головні помилки у фізиці. Решта може бути сприйнято як витрати зростання розуміння у устрої світу. Вся складність ситуації ідеалізму у фізиці пов'язана з тим, що результати спостережень та дослідів "підтверджують" фізичні теорії. Проблема полягає у способі інтерпретації спостережень і дослідів, яка у разі помилковості та істинності теорії має бути різною. У нарисах зроблено спробу правильної інтерпретації у фізиці, протиставивши інтерпретації з нематеріалістичних позицій. Тому другою (достатньою) умовою будь-якої фізичної теорії має бути її матеріалістична обґрунтованість. Наприклад, всі посилання можливість передачі фізичних взаємодій чи передачі про фізичних полів у порожнечі позбавлені матеріальної основи. Відповідні розділи теоретичної фізики мають бути виправлені з урахуванням матеріальності світу.

19.04.2005 19:58 | rykov

20.04.2005 12:07 | Markab

Мимо вже сказаного, в міркуваннях автора про темну матерію, доповідь містить ще одне "темне місце".
1) З результатів спостереження див. рис. 7 доповіді, випливає, що виміряна швидкість обертання зірок з віддаленням від ядра галактики виявляється вищою, обчисленою. На рис. 7 вони позначені "спостереження" і "без темної матерії" (На жаль не наведено максимум кривої "спостереження", видно її ~логарифмічний зростання). Спостерігається "підвищена" швидкість автор пояснює наявністю темної матерії в нашій галактиці. На рис. 6(правий) наводиться приклад відновлення гравітаційного поля зі спостереження мікролінзування рис. 6(лівий). Отримане гравітаційне поле є сумарним полем, куди робить внесок і спостерігається речовина і темна матерія. З рис. 6(правий) слід, що темна матерія розподілена по галактиці так само як і звичайна - вона зосереджується разом із видимою речовиною: в ядрі галактики, зоряних скупченнях, зірках і темних хмарах.
2) З рис. 5 слід, що темної матерії приблизно 5 разів більше звичайної речовини. Тобто саме вона робить визначальний внесок у гравітаційну взаємодію. Ця матерія має бути і в Сонці, і в Землі, і в Юпітері, і т.д.
3) У Сонячній системі швидкість планет із віддаленням від Сонця не зростає, а зменшується. Більше того, немає локального максимуму у швидкостях планет із віддаленням від Сонця. Чому ж у Галактиці інакше? Суперечність?
ЩО ЦЕ МОЖЕ ОЗНАЧАТИ?
А) Темної матерії в інтерпретації автора НЕ ІСНУЄ. Для того щоб пояснити "підвищену" швидкість обертання зірок у галактиці треба шукати звичайну речовину, яка може бути прихована в молекулярних хмарах, чорних дірах, нейтронних зірках і білих карликах.
Б) Темна матерія в інтерпретації автора ІСНУЄ. Не помічаємо її, бо до неї звикли. До речі, хороший спосіб схуднути, краще за будь-який гербалайф: видавіть із себе темну матерію і станьте в 5 разів легше!

21.04.2005 13:42 | Markab

Підіб'ємо підсумок міркування про темну матерію. Інтерпретація темної матерії, як це пропонує доповідач неминуче призводить до перегляду всієї зіркової еволюції.
Отже, згідно з твердженнями автора темна матерія це: частка з масою 100-1000 мас спокою протона, яка не має електричного заряду, що бере участь у гравітаційній взаємодії, не бере участі в сильній взаємодії. Зі звичайною речовиною реагує слабо, приблизно як нейтрино. Підкоряється нікому закону збереження, що запобігає розпаду такої частки.
Маса темної матерії приблизно в 5 разів більша за масу звичайної речовини. (За даними доповіді). Темна матерія зосереджена у тих самих центрах, як і звичайна речовина - ядра галактик, зоряні скупчення, зірки, туманності тощо. (За даними доповіді).
АСТРОФІЗИЧНІ НАСЛІДКИ (введення темної матерії)
1)На зірках виконується умови променистої рівноваги з гравітацією. Випромінювання виділяється внаслідок ядерних реакцій речовини зірки. Темна матерія, що знаходиться в зірці, гравітаційно стискає її, але не бере участі в ядерних реакціях. Тому гіпотетичне введення темної матерії в зірку за умови збереження її маси призводить до того, що кількість речовини, здатної брати участь у ядерних реакціях, зменшується в кілька разів. А отже, скорочується в кілька разів (!) час життя зірки. Що не виконується хоча б на прикладі нашого Сонця, яке благополучно існує ~5 млрд. років і ще стільки ж існуватиме.
2) У процесі еволюції частка темної матерії на зірці зростає, оскільки частки з масою (100-1000 Мр) не залишатимуть зірку ні зірковим вітром, ні скиданням оболонки. Більше того, через свою масу темна матерія буде зосереджена в ядрі зірки. Це означає, що в кінці зіркової еволюції, коли зірка перетворюється на білий карлик або нейтронну зірку, переважна частина її маси повинна складатися з темної матерії! (Причому не відомо якій статистиці вона (ТМ) підпорядковується і які властивості має.) А це в свою чергу має змінити межу...

21.04.2005 13:44 | Markab

А це своєю чергою має змінити межу Чандрасекара на білі карлики та Опенгеймера-Волкова на нейтронні зірки. Однак експериментально не спостерігається зміщення масою межі Чандрасекара білий карлик - нейтронна зірка.
Обидва ці аргументи ще раз переконують, що темної матерії в інтерпретації пана Рубакова просто немає.

21.04.2005 22:18 | Algen

27.04.2005 10:10 | Markab

Процес конденсації речовини залежить від абсолютної швидкості речовини (швидкості обертання навколо ядра галактики), як відносної, тобто. швидкості, з якою частинки темної матерії рухаються щодо звичайної матерії. Що ж до абсолютної величини швидкості 100-200 км/с, ця величина не велика. Наприклад, швидкість руху речовини навколо ядра на околиці Сонця становить близько 250 км/с, що не заважає процесу зореутворення.

20.04.2005 00:33 | golos

Шановний пане Рубаков! З цікавістю прочитав Вашу лекцію, за яку дуже вдячний. Не вдаватимуся до деталей, бо дилетант.
Пан Рубаков. Мене займає питання, на яке не можу отримати чіткої відповіді. Суть ось у чому. Припустимо, є якась маса, навколо якої на відстані мільйонів світлових років обертаються інші маси. Допустимо гіпотетичний випадок: масу, навколо якої обертаються інші маси, протягом тисячі років поглинула чорна діра. Грубо скажемо, що причина тяжіння тіл, що обертаються, зникла/зрозуміло, що це зовсім не так. Суть не в цьому. / Але тіла, що рухаються з прискоренням, будуть рухатися з колишніми прискореннями ще тисячі років. Доки до них не прийде обурення гравполя. Виходить, ці тисячі років маси взаємодіяли саме з полем? І саме поле їх прискорювало? Але якщо так, то за теорією близькості неминуче слідує, що тіла, що прискорюються, спочатку взаємодіють з гравполем, "відштовхуються" від нього. Отже, поле має імпульс і, отже, масу. Яка автоматично дорівнює масі тіла, що прискорюється полем. Але якщо так, то це означає, що у Всесвіті крім маси речовини, що спостерігається, є така ж точно прихована маса гравітаційного поля. Причому сили, прикладені до цього полю, прикладені немає точки, а розпливаються в нескінченності. Інтуїтивно відчувається, що ця маса може бути причиною розширення простору Всесвіту, бо явно взаємно відштовхується.
Не фантазуватиму. Мені просто хотілося б знати Вашу думку про ці міркування, навіть якщо вони будуть неприємні. Я дилетант, тому розгромна критика репутації моєї ніяк не зашкодить. За відсутністю цієї.
З повагою.
golos

20.04.2005 09:03 | rykov

Шановний Голос! Я теж дилетант і не прийміть мою відповідь Вам як заміну шановного Валерія Анатолійовича. Як мені здається, якщо він і відповідатиме, то на всі ремарки одразу. Моя відповідь Ви можете знайти на сторінках:
ПОШИРЕННЯ СВІТЛА І ГРАВІТАЦІЯ У КОСМОСІ
http://www.inauka.ru/blogs/artic le41392.html
і
Ключ до розуміння Всесвіту NEW! 27/12/2004
http://www.worldspace.narod.ru/r u/index.html

21.04.2005 09:03 | rykov

21.04.2005 11:52 | golos

21.04.2005 22:16 | Algen

Почнемо з того, що якщо центральну масу проковтне чорна діра, то з гравітаційним полем на відстані нічого не станеться. Воно, яким було, таким і лишиться.

Тим не менш, ваші міркування вірні. Дійсно віддалені об'єкти взаємодіють з гравітаційним полем і доки до них не дійдуть сигнали про зміни в центрі подій, вони рухатимуться як раніше. Інакше сталося б порушення причинності.

Ви робите правильний висновок про те, що гравітаційне поле має енергію та імпульс. Це справді фізичне поле. Однак висновок про те, що ця енергія (маса) чомусь там "автоматично" дорівнює, необґрунтований і невірний.

Взагалі питання про енергію та гравітаційне поле досить заплутане. По ньому фахівці мають різні думки. Тобто про факт наявності енергії і ніхто не сперечається, але не цілком ясно, як вказати, де саме ця енергія локалізована. Про це досить добре написано у Пенроуза в книзі "Новий розум короля". Рекомендую почитать.я у Всесвіті7.files/f_line.gif">

Шановний Algen! Продовжимо з того, що чорна діра, що поглинула центральну масу, змінить характеристики центральної маси, що знову виникла. Тож гравітаційне поле, на мою думку, зазнає, згодом, деяких змін. Про взаємодію віддалених об'єктів з гравполем. Я не мав на увазі, що маса його автоматично дорівнює всій зірковій речовині. Я вважав, що маса зоряної речовини автоматично входить у масу гравполя. Погодьтеся, це дещо інший зміст. Про локалізації енергії та гравполя. На мій погляд, говорити про це більш ніж дивно. Енергія, вкладена зоряною речовиною в гравполі, розпливається в нескінченності. Оскільки вона, тим не менш, "надходить" від дискретних тіл, то швидше за все відчуває взаємовідштовхування, будучи однією з причин розширення Всесвіту. Зрозуміло, це лише гіпотеза. Але якщо припустити, що це так, то взаємодія цих мас/енергій може бути описувана геометрією Лобачевського. Цікаво, чи закон взаємного всесвітнього відштовхування, аналогічний нашому закону всесвітнього тяжіння, як може бути в ній записаний?
Зрозуміло, я належу до цього ствердження як до гіпотези.
Дякую за інформацію про книгу Пенроуз а. Шукаю. Якщо у Вас є інформація, де і як її можна знайти, буду дуже вдячний.

06.05.2005 22:16 | Alex1998

15.05.2005 10:50 | Mihail

Жодної темної матерії і тим більше темної енергії і в Природі не існує - швидше це темрява в мізках, які намагаються із завидною завзятістю "пристебнути" світобудову до існуючих безглуздих релятивістських теорій. Зрозуміло, Природа сповнена і багатьма іншими видами невідомих поки що науці випромінювань, зокрема головного - гравітонного. Грвітонна матерія заповнює весь Всесвіт і становить значну частку її маси, проте ця матерія сама по собі не має гравітації (але створює її!). Жодної антигравітації у Всесвіті не існує - Природі це не потрібно. Поняття антигравітації – плід недомислу.

23.05.2005 06:30 | kpuser

Звертаю увагу автора та читачів, що природа темної матерії, представлена у статті "головною загадкою фундаментальної фізики XXI століття", легко виявляється в рамках неокласичної концепції фізики, яка базується на описі вільного руху незаряджених тіл узагальненим рівнянням Лоренца. У цьому рівнянні представлені дві класичні сили: ньютонівська сила інерції тіла та узагальнена сила Лоренца, яка враховує пружну взаємодію тіла з власним фізичним чи силовим полем.
Рішення рівняння вказує на магнітну природу тяжіння та призводить до двох форм закону всесвітнього тяжіння. Одна з них - традиційна ньютонівська - застосовна для локальних космічних структур типу Сонячної системи, в яких гравітація обумовлена взаємним тяжінням реальних або речовинних мас матерії. Інша показує, що в масштабних космічних структурах типу галактик та їх скупчень проявляються антигравітаційні явища, зумовлені взаємним відштовхуванням ДУМКИХ мас, в яких превалює маса силових полів або ТЕМНА МАТЕРІЯ. Детальніше з цим можна ознайомитись на нашому сайті за адресою: http://www.livejournal.com/commu я у Всесвіті7.files/elementy">

To Maxim Chicago
А чи не могли б Ви, так би мовити, відповідати: обґрунтувати свій вирок відповідними аргументами? Що саме в моїй роботі Вам є "антифізикою"? Чи так Ви оцінюєте узагальнене рівняння Лоренца, на якому в роботі вдалося звести практично закінчену будівлю сучасної фізики? Поясніть, будь ласка.
К. Агафонов

08.06.2005 16:40 | Che

Авторські права сайту Fornit

Що таке темна матерія та темна енергіяВсесвіту: структура простору з фото, обсяг у відсотках, вплив на об'єкти, дослідження, розширення Всесвіту.

Близько 80% простору представлено матеріалом, який прихований прямого спостереження. Мова йде про темної матерії- Речовина, яка не виробляє енергію і світло. Як дослідники зрозуміли, що воно домінує?

У 1950-х роках вчені почали активно займатися вивченням інших галактик. У ході аналізів помітили, що Всесвіт наповнений більшою кількістю матеріалу, чим вдається вловити на «видиме око». Прихильники темної матерії з'являлися щодня. Хоча прямих доказів її наявності був, але теорії зростали, як і обхідні шляхи спостереження.

Видимий нами матеріал називають баріонною матерією. Вона представлена протонами, нейтронами та електронами. Вважають, що темна матерія здатна поєднувати в собі баріонну та небаріонну матерію. Щоб Всесвіт залишалася у звичній цілісності, чорна матерія повинна бути у кількості 80%.

Невловима речовина може бути неймовірно складною для пошуків, якщо вміщує баріонну речовину. Серед претендентів називають коричневих та білих карликів, а також нейтронні зірки. Різницю можуть додавати і надмасивні чорні дірки. Але вони мали вносити більше впливу, ніж те, що бачили вчені. Є й ті, хто думає, що темна матерія має складатися з чогось більш незвичного та рідкісного.

Комбіноване зображення телескопа Хаббл, що відображає примарне кільце темної матерії в скупченні галактик Cl 0024+17

Більшість наукового світу вважає, що невідома речовина представлена переважно небаріонною матерією. Найбільш популярний кандидат – WIMPS (слабко контактують потужні частки), чия маса в 10-100 разів перевищує показники протона. Але їхня взаємодія із звичайною матерією надто слабка, через що складніше знаходити.

Сьогодні дуже уважно розглядають і нейтраліно - потужні гіпотетичні частинки, що перевершують за масою нейтрино, але відрізняються повільністю. Їх поки що не знайшли. Як можливі варіанти також враховують меншу нейтральну аксіому і недоторкані фотони.

Ще один варіант – застарілі знання про гравітацію, які потребують оновлення.

Невидима темна матерія та темна енергія

Але якщо ми чогось не бачимо, як довести, що воно існує? І з чого ми вирішили, що темна матерія та темна енергія – це щось реальне?

Маса великих об'єктів обчислюється за їх просторовим переміщенням. У 50-х роках дослідники, що розглядали галактики спірального типу, припускали, що наближений до центру матеріал рухатиметься набагато швидше віддаленого. Але з'ясувалося, що зірки переміщалися з однаковою швидкістю, а отже, було набагато більше, ніж думали раніше. Вивчений газ у еліптичних типах показав самі результати. Напрошувався один і той самий висновок: якщо орієнтуватися тільки на видиму масу, то галактичні скупчення давно зруйнувалися б.

Альберт Ейнштейн зміг довести, що великі світові об'єкти здатні згинати та спотворювати світлові промені. Це дозволило використовувати їх як природну збільшувальну лінзу. Досліджуючи цей процес, вченим удалося створити карту темної матерії.

Виходить, що більшість нашого світу представлена все ще невловимою речовиною. Ви дізнаєтесь більше цікавого про темну матерію, якщо перегляньте відео.

Темна матерія

Фізик Дмитро Казаков про загальний енергетичний баланс Всесвіту, теорію прихованої маси та частинки темної матерії:

Якщо говорити про матерію, то темна безумовно лідирує за відсотковим співвідношенням. Але загалом вона займає лише чверть всього. Всесвіт же рясніє темною енергією.

З моменту Великого Вибуху простір запустив процес розширення, що продовжується і сьогодні. Дослідники вважали, що в результаті початкова енергія закінчиться і вона уповільнить свій перебіг. Але далекі наднові показують, що місце не зупиняється, а набирає швидкість. Все це можливе лише в тому випадку, якщо кількість енергії настільки величезна, що долає гравітаційний вплив.

Темна матерія та темна енергія: роз'яснення загадки

Ми знаємо, що Всесвіт, здебільшого, представлений темною енергією. Це загадкова сила, що призводить до того, що простір збільшує швидкість розширення Всесвіту. Ще одним таємничим компонентом є темна матерія, що підтримує контакт з об'єктами тільки за допомогою гравітації.

Вчені що неспроможні розглянути темну матерію у прямому спостереженні, але ефекти доступні вивчення. Їм вдається вловити світло, вигнуте гравітаційною силою невидимих об'єктів (гравітаційне лінзування). Також помічають моменти, коли зірка здійснює оберти навколо галактики набагато швидше, ніж має.

Все це пояснюється наявністю величезної кількості невловимої речовини, що впливає на масу та швидкість. Насправді ця речовина покрита таємницями. Виходить, що дослідники швидше можуть сказати не що перед ними, а чим «воно» не є.

На цьому колажі показано зображення шести різних галактичних скупчень, зроблених за допомогою космічного телескопа НАСА Хаббл. Кластери були виявлені під час спроб дослідити поведінку темної матерії в галактичних скупченнях при їх зіткненні

Темна матерія… темна. Вона не виробляє світло і не спостерігається у прямий огляд. Отже, виключаємо зірки та планети.

Вона не виступає хмарою звичайної матерії (такі частинки називають баріонами). Якби баріони були у темній матерії, вона проявилася б у прямому спостереженні.

Виключаємо також чорні дірки, тому що вони виступають гравітаційними лінзами, що випромінюють світло. Вчені не спостерігають достатньої кількості подій лінзування, щоб обчислити обсяг темної матерії, яка має бути присутня.

Хоча Всесвіт - величезне місце, але почалося все з найменших структур. Вважають, що темна матерія приступила до конденсації, щоб створити «будівельні блоки» з нормальною матерією, зробивши перші галактики та скупчення.

Щоб знайти чорну матерію, вчені використовують різні способи:

Великий адронний колайдер.
інструменти, як WNAP і космічна обсерваторія Планка.
експерименти прямого огляду: ArDM, CDMS, Zeplin, XENON, WARP та ArDM.
непряме виявлення: детектори гамма-променів (Фермі), нейтринні телескопи (IceCube), детектори антиречовини (PAMELA), рентгенівські та радіодатчики.

Методи пошуку темної матерії

Фізик Антон Баушев про слабкі взаємодії між частинками, радіоактивність та пошук слідів анігіляції:

Заглиблюємося в таємницю темної матерії та темної енергії

Ще жодного разу вчені не змогли в буквальному сенсі побачити темну матерію, тому що вона не контактує з баріонною, а отже, залишається невловимою для світла та інших різновидів електромагнітного випромінювання. Але дослідники впевнені у її присутності, оскільки спостерігають за впливом на галактики та скупчення.

Стандартна фізика каже, що зірки, які розташовані на краях галактики спірального типу, повинні уповільнювати швидкість. Але виходить так, що з'являються зірки, швидкість яких не підкоряється принципу розташування по відношенню до центру. Це можна пояснити лише тим, що зірки відчувають вплив невидимої темної матерії в ореолі навколо галактики.

Наявність темної матерії також здатна розшифрувати деякі ілюзії, що спостерігаються у світових глибинах. Наприклад, присутність у галактиках дивних кілець та світлових дуг. Тобто світло від віддалених галактик проходить крізь спотворення і посилюється невидимим шаром темної матерії (гравітаційне лінзування).

Поки що у нас є кілька ідей про те, що собою є темна матерія. Головна думка – це екзотичні частки, які не контактують зі звичайною матерією та світлом, але мають владу в гравітаційному сенсі. Наразі кілька груп (одні використовують Великий адронний колайдер) працюють над створенням частинок темної матерії, щоб вивчити їх у лабораторних умовах.

Інші вважають, що можна пояснити фундаментальної модифікацією гравітаційної теорії. Тоді отримуємо кілька форм гравітації, що суттєво відрізняється від звичної картини та встановлених фізикою законів.

Всесвіт і темна енергія, що розширюється.

Ситуація з темною енергією ще заплутаніша і саме відкриття у 1990-х роках стало непередбачуваним. Фізики завжди думали, що сила тяжіння працює на уповільнення і одного разу може призупинити процес всесвітнього розширення. За вимір швидкості взялися відразу дві команди і обидві, на свій подив, виявили прискорення. Це ніби ви підкидаєте яблуко у повітря і знаєте, що воно має впасти вниз, а воно віддаляється від вас усе далі.

Стало ясно, що на прискорення впливає сила. Більше того, здається, чим ширший Всесвіт, тим більше «влада» отримує цю силу. Вчені вирішили позначити її темною енергією.

Темна матерія — це ще одне з відкриттів людства, зроблених «на кінчику пера». Її ніхто ніколи не відчував, вона не випромінює електромагнітних хвиль і не взаємодіє з ними. Вже більше півстоліття немає експериментальних доказів існування темної матерії, наводяться лише експериментальні розрахунки, що нібито підтверджують її існування. Але на даний момент це лише гіпотеза астрофізиків. Однак слід зауважити, що це одна з найінтригуючіших і вельми обґрунтованих наукових гіпотез.

Почалося все на початку минулого століття: астрономи помітили, що картина світу, яку вони спостерігають, не вписується у теорію гравітації.Теоретично галактики, маючи розрахункову масу, обертаються швидше, ніж це має бути.

Значить вони (галактики) мають набагато більшу масу, ніж передбачають розрахунки зі зроблених спостережень. Але якщо вони все ж таки обертаються, то або не вірна теорія гравітації, або ця теорія не «працює» на таких об'єктах як галактики. Або ж у Всесвіті речовини більші, ніж сучасні прилади можуть виявити. Ця теорія і стала більш популярною серед учених, а цю невловиму гіпотетичну речовину назвали темною матерією.
З розрахунків виходить, що темної матерії у складі галактик приблизно в 10 разів більше звичайної і одна з одною різні матерії взаємодіють лише на гравітаційному рівні, тобто темна матерія поводиться виключно у вигляді маси.
Деякі вчені припускають, що частина темної матерії- це звичайна речовина, але не випромінює електромагнітного випромінювання. До таких об'єктів відносять темні галактичні гало, нейтронні зірки та коричневі карлики, а також інші, поки що гіпотетичні об'єкти космосу.

Якщо вірити висновкам вчених, то звичайна матерія (в основному міститься в галактиках) збирається
навколо областей із найбільш щільною концентрації темної матерії. На отриманій просторі-
венной карті темна матерія є нерівномірну мережу з гігантських ниток, з вре-
менем збільшуються і припиняються у місцях галактичних скупчень.

Темну матерію ділять на кілька класів: гарячу, теплу та холодну (це залежить від швидкості частинок, з яких вона складається). Так виділяють гарячу, теплу та холодну темну матерію. Найбільший інтерес у вчених-астрономів викликає саме холодна темна матерія, оскільки може утворювати стабільні об'єкти, наприклад, цілі темні галактики.
Теорія темної матерії вписується і теорію Великого вибуху. Тому вчені припускають, що через 300 тисяч років після вибуху спочатку у величезній кількості стали нудьгувати частки темної матерії, а після цього силою тяжіння на них збиралися частки звичайної речовини і формувалися галактики.
Ці дивовижні висновки означають, що маса звичайної речовини становить лише кілька відсотків від повної маси Всесвіту!!!

Тобто видимий нам світ – це лише маленька частина того, з чого насправді складається Всесвіт. І що це за величезне щось ми навіть не можемо уявити.