Ting som for øyeblikket er usynlige
De tingene vitenskapen vet og ser er bare en liten del av det som sannsynligvis eksisterer. Vitenskap og teknologi skal selvfølgelig ikke ta «visjon» bokstavelig. Selv om øynene våre ikke kan se dem, har vitenskapen lenge vært i stand til å "se" ting som luft og oksygenet den inneholder, radiobølger, ultrafiolett lys, infrarød stråling og atomer.
Vi ser også på en måte antimaterienår det samhandler voldsomt med vanlig materie, og det generelt er et vanskeligere problem, for selv om vi så dette i effektene av samhandling, i en mer helhetlig forstand, som vibrasjoner, var det unnvikende for oss frem til 2015.
Imidlertid "ser" vi fortsatt på en måte ikke tyngdekraften, fordi vi ennå ikke har oppdaget en eneste bærer av denne interaksjonen (dvs. for eksempel en hypotetisk partikkel kalt graviton). Det er verdt å nevne her at det er en viss analogi mellom gravitasjonshistorien og .
Vi ser handlingen til sistnevnte, men vi observerer den ikke direkte, vi vet ikke hva den består av. Det er imidlertid en grunnleggende forskjell mellom disse "usynlige" fenomenene. Ingen har noen gang stilt spørsmål ved tyngdekraften. Men med mørk materie (1) er det annerledes.
Hvordan g mørk energisom sies å inneholde enda mer enn mørk materie. Dens eksistens ble utledet som en hypotese basert på oppførselen til universet som helhet. Å «se» det vil sannsynligvis være enda vanskeligere enn mørk materie, om ikke annet fordi vår felles erfaring lærer oss at energi, i sin natur, forblir noe mindre tilgjengelig for sansene (og observasjonsinstrumenter) enn materie.
I følge moderne antakelser skal begge de mørke utgjøre 96 % av innholdet.
Så faktisk er til og med universet i seg selv stort sett usynlig for oss, for ikke å nevne at når det kommer til grensene, kjenner vi bare de som bestemmes av menneskelig observasjon, og ikke de som ville være dets sanne ytterpunkter - hvis de eksisterer i det hele tatt.
Noe trekker oss med hele galaksen
Usynligheten til enkelte ting i verdensrommet kan være opprivende, for eksempel det faktum at 100 nabogalakser kontinuerlig beveger seg mot et mystisk punkt i universet kjent som Stor tiltrekker. Denne regionen er omtrent 220 millioner lysår unna, og forskere kaller det en gravitasjonsanomali. Det antas at Great Attractor har en masse kvadrillioner soler.
La oss starte med at det utvides. Dette har skjedd siden Big Bang, og nåværende hastighet på denne prosessen er estimert til 2,2 millioner kilometer i timen. Dette betyr at galaksen vår og dens nabo Andromeda-galaksen også må bevege seg med den hastigheten, ikke sant? Ikke egentlig.
På 70-tallet laget vi detaljerte kart over verdensrommet. Mikrobølgebakgrunn (CMB) Universet og vi la merke til at den ene siden av Melkeveien er varmere enn den andre. Forskjellen var mindre enn en hundredels grad celsius, men det var nok til at vi forsto at vi beveget oss med en hastighet på 600 km i sekundet mot stjernebildet Centaurus.
Noen år senere oppdaget vi at ikke bare vi, men alle innen hundre millioner lysår fra oss, beveget seg i samme retning. Det er bare én ting som kan motstå ekspansjon over så store avstander, og det er tyngdekraften.
Andromeda må for eksempel flytte fra oss, men om 4 milliarder år må vi ... kollidere med henne. Tilstrekkelig masse kan motstå ekspansjon. Først trodde forskerne at denne hastigheten skyldtes vår beliggenhet i utkanten av den såkalte lokale superklyngen.
Hvorfor er det så vanskelig for oss å se denne mystiske Great Attractor? Dessverre er dette vår egen galakse, som blokkerer utsikten vår. Gjennom Melkeveiens belte kan vi ikke se omtrent 20 % av universet. Det hender bare at han drar akkurat der Great Attractor er. Det er teoretisk mulig å trenge gjennom dette sløret med røntgen- og infrarøde observasjoner, men dette gir ikke et klart bilde.
Til tross for disse vanskelighetene, ble det funnet at i en region av Great Attractor, i en avstand på 150 millioner lysår, er det en galaktisk Klynge Norma. Bak den er en enda mer massiv superklynge, 650 millioner lysår unna, som inneholder en masse på 10. galaksen, en av de største objektene i universet vi kjenner til.
Så, forskere foreslår at den store attraksjonen gravitasjonssenter mange superklynger av galakser, inkludert vår - rundt 100 objekter totalt, slik som Melkeveien. Det er også teorier om at det er en enorm samling av mørk energi eller et område med høy tetthet med en enorm gravitasjonskraft.
Noen forskere mener at dette bare er en forsmak på den endelige ... slutten av universet. Den store depresjonen vil bety at universet vil tykne om noen få billioner år, når ekspansjonen bremses og begynner å snu. Over tid ville dette føre til en supermassiv som ville spise alt, inkludert seg selv.
Imidlertid, som forskere bemerker, vil utvidelsen av universet til slutt beseire kraften til den store tiltrekkeren. Vår hastighet mot det er bare en femtedel av hastigheten som alt utvider seg med. Den enorme lokale strukturen i Laniakea (2) som vi er en del av vil en dag måtte forsvinne, og det samme vil mange andre kosmiske enheter.
Den femte naturkraften
Noe vi ikke kan se, men som har vært alvorlig mistenkt i det siste, er den såkalte femte påvirkningen.
Oppdagelsen av det som rapporteres i media innebærer spekulasjoner om en hypotetisk ny partikkel med et spennende navn. X17kan bidra til å forklare mysteriet med mørk materie og mørk energi.
Fire interaksjoner er kjent: gravitasjon, elektromagnetisme, sterke og svake atomære interaksjoner. Effekten av de fire kjente kreftene på materie, fra atomenes mikrorike til galaksenes kolossale skala, er godt dokumentert og i de fleste tilfeller forståelig. Men når du tenker på at omtrent 96 % av massen av universet vårt består av obskure, uforklarlige ting kalt mørk materie og mørk energi, er det ingen overraskelse at forskere lenge har mistenkt at disse fire interaksjonene ikke representerer alt i kosmos . fortsetter.
Et forsøk på å beskrive en ny kraft, som forfatteren er et team ledet av Attila Krasnagorskaya (3), fysikken ved Institute for Nuclear Research (ATOMKI) ved det ungarske vitenskapsakademiet, som vi hørte om i fjor høst, var ikke den første indikasjonen på eksistensen av mystiske interaksjoner.
De samme forskerne skrev først om den "femte kraften" i 2016, etter å ha utført et eksperiment for å gjøre protoner om til isotoper, som er varianter av kjemiske elementer. Forskerne så på at protoner gjorde en isotop kjent som litium-7 til en ustabil type atom kalt beryllium-8.
3. Prof. Attila Krasnohorkai (til høyre)
Da beryllium-8 råtnet, ble det dannet par av elektroner og positroner, som frastøt hverandre, noe som fikk partiklene til å fly ut i en vinkel. Teamet forventet å se en korrelasjon mellom lysenergien som sendes ut under forfallsprosessen og vinklene der partiklene flyr fra hverandre. I stedet ble elektroner og positroner avbøyd 140 grader nesten syv ganger oftere enn modellene deres forutså, et uventet resultat.
"All vår kunnskap om den synlige verden kan beskrives ved hjelp av den såkalte standardmodellen for partikkelfysikk," skriver Krasnagorkay. "Men den sørger ikke for noen partikler som er tyngre enn et elektron og lettere enn et myon, som er 207 ganger tyngre enn et elektron. Hvis vi finner en ny partikkel i massevinduet ovenfor, vil dette indikere en ny interaksjon som ikke er inkludert i standardmodellen."
Det mystiske objektet heter X17 på grunn av dens estimerte masse på 17 megaelektronvolt (MeV), omtrent 34 ganger større enn et elektron. Forskerne så nedbrytningen av tritium til helium-4 og observerte nok en gang en merkelig diagonal utladning, noe som indikerer en partikkel med en masse på omtrent 17 MeV.
"Fotonet formidler den elektromagnetiske kraften, gluonet formidler den sterke kraften, og W- og Z-bosonene formidler den svake kraften," forklarte Krasnahorkai.
«Vår partikkel X17 må formidle en ny interaksjon, den femte. Det nye resultatet reduserer sannsynligheten for at det første eksperimentet bare var en tilfeldighet, eller at resultatene forårsaket en systemfeil."
Mørk materie under føttene
Fra det store universet, fra det vage riket av gåter og mysterier i stor fysikk, la oss vende tilbake til jorden. Vi står overfor et ganske overraskende problem her... med å se og nøyaktig avbilde alt som er inni (4).
For noen år siden skrev vi i MT om mysteriet om jordens kjerneat et paradoks henger sammen med dets tilblivelse og det er ikke kjent nøyaktig hva dets natur og struktur er. Vi har metoder som å teste med seismiske bølger, klarte også å utvikle en modell av jordens indre struktur, som det er vitenskapelig enighet om.
men sammenlignet med fjerne stjerner og galakser, for eksempel, er vår forståelse av hva som ligger under føttene våre svak. Romobjekter, til og med svært fjerne, ser vi rett og slett. Det samme kan ikke sies om kjernen, lagene i mantelen, eller til og med de dypere lagene av jordskorpen..
Bare den mest direkte forskningen er tilgjengelig. Fjelldaler eksponerer steiner på opptil flere kilometers dyp. De dypeste letebrønnene strekker seg til et dyp på litt over 12 km.
Informasjon om bergarter og mineraler som bygger dypere er gitt av xenolitter, dvs. fragmenter av bergarter revet ut og ført bort fra jordens tarmer som et resultat av vulkanske prosesser. På grunnlag av dem kan petrologer bestemme sammensetningen av mineraler til en dybde på flere hundre kilometer.
Jordens radius er 6371 km, noe som ikke er en enkel vei for alle våre "infiltratorer". På grunn av det enorme trykket og temperaturen som når rundt 5 grader Celsius, er det vanskelig å forvente at det dypeste indre vil bli tilgjengelig for direkte observasjon i overskuelig fremtid.
Så hvordan vet vi hva vi vet om strukturen til jordens indre? Slik informasjon gis av seismiske bølger generert av jordskjelv, dvs. elastiske bølger som forplanter seg i et elastisk medium.
De har fått navnet sitt fra det faktum at de er generert av slag. To typer elastiske (seismiske) bølger kan forplante seg i et elastisk (fjellaktig) medium: raskere - langsgående og langsommere - tverrgående. De førstnevnte er oscillasjoner av mediet som oppstår langs bølgeutbredelsesretningen, mens de i tverrgående oscillasjoner av mediet oppstår vinkelrett på bølgeutbredelsesretningen.
Longitudinelle bølger registreres først (lat. primae), og tverrgående bølger registreres som andre (lat. secundae), derav deres tradisjonelle markering i seismologi - langsgående bølger p og tverrgående s. P-bølger er omtrent 1,73 ganger raskere enn s.
Informasjonen fra seismiske bølger gjør det mulig å bygge en modell av jordens indre basert på elastiske egenskaper. Vi kan definere andre fysiske egenskaper basert på gravitasjonsfelt (tetthet, trykk), observasjon magnetotelluriske strømmer generert i jordkappen (fordeling av elektrisk ledningsevne) eller dekomponering av jordas varmestrøm.
Den petrologiske sammensetningen kan bestemmes ved sammenligning med laboratoriestudier av egenskapene til mineraler og bergarter under forhold med høye trykk og temperaturer.
Jorda utstråler varme, og man vet ikke hvor den kommer fra. Nylig har det dukket opp en ny teori knyttet til de mest unnvikende elementærpartiklene. Det antas at viktige ledetråder til mysteriet om varmen som stråler fra planeten vår, kan komme fra naturen. nøytrino - partikler med ekstremt liten masse - sendt ut av radioaktive prosesser som skjer i jordens tarm.
De viktigste kjente kildene til radioaktivitet er ustabilt thorium og kalium, som vi kjenner fra steinprøver opptil 200 km under jordoverflaten. Hva som ligger dypere er allerede ukjent.
Vi vet det geoneutrino de som slippes ut under nedbrytningen av uran har mer energi enn de som slippes ut under nedbrytningen av kalium. Ved å måle energien til geoneutrinoer kan vi således finne ut hvilket radioaktivt materiale de kommer fra.
Dessverre er geoneutrinoer svært vanskelig å oppdage. Derfor krevde deres første observasjon i 2003 en enorm underjordisk detektor fylt med ca. tonn væske. Disse detektorene måler nøytrinoer ved å oppdage kollisjoner med atomer i en væske.
Siden den gang har geoneutrinoer bare blitt observert i ett eksperiment med denne teknologien (5). Begge målingene viser det Omtrent halvparten av jordens varme fra radioaktivitet (20 terawatt) kan forklares med nedbrytningen av uran og thorium. Kilden til de resterende 50% ... det er ennå ikke kjent hva.
5. Modellkart over intensiteten av geoneutrinoutslipp på jorden - prognoser
I juli 2017 startet byggingen av bygget, også kjent som SANDDYNEplanlagt ferdigstilt rundt 2024. Anlegget vil bli plassert nesten 1,5 km under jorden i det tidligere Homestack, South Dakota.
Forskere planlegger å bruke DUNE til å svare på de viktigste spørsmålene i moderne fysikk ved å studere nøytrinoer, en av de minst forståtte fundamentale partiklene.
I august 2017 publiserte et internasjonalt team av forskere en artikkel i tidsskriftet Physical Review D som foreslo en ganske nyskapende bruk av DUNE som en skanner for å studere jordens indre. Til seismiske bølger og borehull vil en ny metode for å studere planetens indre bli lagt til, som kanskje vil vise oss et helt nytt bilde av den. Dette er imidlertid bare en idé foreløpig.
Fra kosmisk mørk materie kom vi til innsiden av planeten vår, ikke mindre mørkt for oss. og ugjennomtrengeligheten til disse tingene er foruroligende, men ikke så mye som angsten for at vi ikke ser alle objektene som er relativt nær Jorden, spesielt de som er i veien for kollisjon med den.
Dette er imidlertid et litt annet tema, som vi nylig diskuterte i detalj i MT. Vårt ønske om å utvikle metoder for observasjon er fullt berettiget i alle sammenhenger.
