Materia iluna. Sei arazo kosmologiko

Eskala kosmikoko objektuen mugimenduek Newtonen teoria zahar onari men egiten diote. Hala ere, 30eko hamarkadan Fritz Zwickyren aurkikuntzak eta haien itxurazko masa baino azkarrago biratzen duten urrutiko galaxien behaketa ugariek, astronomoek eta fisikariek materia ilunaren masa kalkulatzera eraman zituzten, zeina ezin baita zuzenean zehaztu behaketa-esparru erabilgarri batean. . gure tresnetara. Faktura oso altua izan zen - gaur egun unibertsoaren masaren ia % 27 materia iluna dela kalkulatzen da. Hau gure behaketetarako eskuragarri dagoen materia "arrunta" baino bost aldiz gehiago da.

Zoritxarrez, oinarrizko partikulek ez omen dute aurreikusten masa enigmatiko hori osatuko luketen partikularik. Orain arte, ezin izan ditugu detektatu edo energia handiko izpirik sortu talka egiten duten azeleragailuetan. Zientzialarien azken itxaropena neutrino "antzuak" aurkitzea zen, materia iluna osa zezaketenak. Hala ere, orain arte horiek detektatzeko saiakerek ere ez dute arrakastarik izan.

energia iluna

90eko hamarkadan unibertsoaren hedapena ez dela etengabea, azeleratua baizik, kalkuluetarako beste gehigarri bat behar zen, oraingoan unibertsoko energiarekin. Azelerazio hori azaltzeko, energia gehigarria (hau da, masak, erlatibitate-teoria bereziaren arabera berdinak direlako) - i.e. energia iluna - unibertsoaren % 68 inguru izan beharko luke.

Horrek esan nahi luke unibertsoaren bi heren baino gehiagok osatzen dutela... Jainkoak daki zer! Zeren, materia ilunaren kasuan bezala, ezin izan baitugu haren izaera harrapatu edo arakatu. Batzuen ustez, hau hutsaren energia da, efektu kuantikoen ondorioz partikulak "ezetik" agertzen diren energia bera. Beste batzuek iradokitzen dute "kintoesentzia" dela, naturaren bosgarren indarra.

Printzipio kosmologikoak batere funtzionatzen ez duen hipotesia ere badago, Unibertsoa ez homogeneoa da, dentsitate ezberdina duela eremu ezberdinetan eta gorabeher hauek hedapen bizkortzearen ilusioa sortzen dute. Bertsio honetan, energia ilunaren arazoa ilusio bat besterik ez litzateke izango.

Einsteinek bere teorietan sartu zuen –eta gero kendu– kontzeptua konstante kosmologikoaenergia ilunarekin lotuta. Kontzeptua konstante kosmologikoaren nozioa ordezkatzen saiatu ziren mekanika kuantikoko teorikoek jarraitu zuten. hutsaren eremuko energia kuantikoa. Hala ere, teoria honek 10 eman zuen¹²⁰ unibertsoa dakigun erritmoan zabaltzeko behar baino energia gehiago...

inflazioa

teoria espazioaren inflazioa asko ongi azaltzen du, baina arazo txiki bat (beno, ez denentzat txikia) sartzen du - bere existentziaren hasierako garaian bere hedapen-abiadura argiaren abiadura baino azkarragoa zela iradokitzen du. Honek azalduko luke gaur egun ikusgai dauden espazioko objektuen egitura, haien tenperatura, energia... Kontua, ordea, da orain arte ez dela antzinako gertaera horren arrastorik aurkitu.

Londresko Imperial College Londoneko eta Helsinkiko eta Kopenhageko Unibertsitateetako ikertzaileek Physical Review Letters-en 2014an deskribatu zuten nola grabitateak unibertsoari bere garapenaren hasieran inflazio larria jasateko beharrezkoa den egonkortasuna ematen zuen. Taldeak aztertu zuen Higgs partikulen eta grabitatearen arteko elkarrekintza. Zientzialariek erakutsi dute mota honetako interakzio txiki batek ere unibertsoa egonkortu dezakeela eta hondamenditik salba dezakeela.

M33 galaxia espiralaren biraketa-abiaduraren grafikoa

"Oinarrizko partikulen fisikaren eredu estandarrak, zientzialariek oinarrizko partikulen izaera eta haien elkarrekintzak azaltzeko erabiltzen dutena, oraindik ez du erantzun Unibertsoa Big Bang-aren ondoren berehala zergatik ez den erori", esan du irakasleak. Itzuli Rajanti Imperial College-ko Fisika Sailekoa. “Gure ikerketan, Eredu Estandarraren parametro ezezagunean zentratu ginen, hau da, Higgs partikulen eta grabitatearen arteko elkarrekintzan. Parametro hau ezin da partikula azeleragailuen esperimentuetan neurtu, baina eragin handia du Higgs partikulen ezegonkortasunean inflazio fasean. Parametro honen balio txiki bat ere nahikoa da biziraupen-tasa azaltzeko».

Quasar batek argiztaturiko materia iluneko sare bat

Zenbait jakintsuren ustez, inflazioa, behin hasita, zaila da gelditzea. Horren ondorioa unibertso berrien sorrera izan zela ondorioztatu dute, guretik fisikoki bereizita. Eta prozesu honek gaur arte jarraituko du. Multibertsoa oraindik unibertso berriak sortzen ari da inflazio-bulkada batean.

Argiaren abiadura konstantearen printzipiora itzuliz, inflazioaren teorialari batzuek iradokitzen dute argiaren abiadura muga zorrotza dela, baina ez konstantea. Hasierako garaian handiagoa zen, inflazioa ahalbidetuz. Orain erortzen jarraitzen du, baina hain poliki, ezen ez garela ohartu.

Interakzioak konbinatuz

Materia arruntaren, materia ilunaren eta energia ilunaren egungo balantzea

Eredu Estandarrak, naturaren hiru indar motak bateratzen dituen bitartean, ez ditu elkarrekintza ahulak eta sendoak bateratzen zientzialari guztien asetasunerako. Grabitatea albo batera geratzen da eta ezin da oraindik oinarrizko partikulen munduarekin eredu orokorrean sartu. Grabitatea eta mekanika kuantikoa uztartzeko saiakerak hainbeste infinitu sartzen du kalkuluetan, non ekuazioak balioa galtzen baitute.

grabitatearen teoria kuantikoa masa grabitatorioaren eta masa inertzialaren arteko lotura eten bat eskatzen du, baliokidetasun-printzipiotik ezagutzen dena (ikus artikulua: "Unibertsoaren Sei Printzipio"). Printzipio hau urratzeak fisika modernoaren eraikuntza ahultzen du. Hortaz, ametsen teoriarako bidea irekitzen duen halako teoria batek orain arte ezagutzen den fisika ere suntsitu dezake.

Grabitatea interakzio kuantikoen eskala txikietan nabaritzeko ahulegia den arren, badago leku bat non nahikoa indartsu bihurtzen den fenomeno kuantikoen mekanikan diferentzia egiteko. Hau zulo beltzak. Dena den, oraindik ere gutxi aztertzen eta ikertzen dira barruan eta kanpoaldean gertatzen diren fenomenoak.

Unibertsoa konfiguratzea

Eredu Estandarrak ezin du aurreikusi partikulen munduan sortzen diren indar eta masen magnitudea. Kantitate horiei buruz ikasten dugu teoriari datuak neurtuz eta gehituz. Zientzialariak etengabe ari dira deskubritzen neurtutako balioetan diferentzia txiki bat nahikoa dela unibertsoa guztiz desberdina izan dadin.

Adibidez, dakigun guztiaren materia egonkorra eusteko behar den masa txikiena du. Materia ilunaren eta energiaren kantitatea arretaz orekatzen da galaxiak sortzeko.

Unibertsoaren parametroak sintonizatzeko arazo harrigarrienetako bat da materiaren abantaila antimateria bainodena egonkortasunez existitzea ahalbidetzen duena. Eredu Estandarraren arabera, materia eta antimateria kopuru bera ekoiztu beharko litzateke. Jakina, gure ikuspuntutik, ona da materiak abantaila bat izatea, kopuru berdinek Unibertsoaren ezegonkortasuna dakarrelako, bi materia-moten suntsipen-leheraldi bortitzek astinduta.

Multibertsoaren bistaratzea, zabaltzen eta uzkurtzen diren unibertsoekin

Neurketa arazoa

Erabaki neurketa objektu kuantikoak uhin-funtzioaren kolapsoa esan nahi du, hau da, haien egoeraren "aldaketa" bitik (Schrödinger-en katua "bizirik edo hildako" egoera zehaztugabean) bakar batera (bakigu zer gertatu zen katuarekin).

Neurketaren arazoarekin erlazionatutako hipotesi ausartenetako bat "mundu asko" kontzeptua da -neurtzeko orduan aukeratzen ditugun aukerak-. Munduak banatzen ari dira une bakoitzean. Beraz, katu batekin kutxa batean begiratzen dugun mundu bat dugu, eta katu batekin kutxa batean begiratzen ez dugun mundu bat ... Lehenengoan - katua bizi den mundua edo bat. bertan bizi ez den eta abar d.

uste zuen mekanika kuantikoan zerbait oso gaizki zegoela, eta bere iritzia ez zen arin hartu behar.

Lau interakzio nagusi