Stvari, ki so trenutno nevidne

Stvari, ki jih znanost pozna in vidi, so le majhen del tega, kar verjetno obstaja. Seveda znanost in tehnologija "vizije" ne bi smeli jemati dobesedno. Čeprav jih naše oči ne morejo videti, znanost že dolgo lahko "vidi" stvari, kot so zrak in kisik, ki ga vsebuje, radijski valovi, ultravijolična svetloba, infrardeče sevanje in atomi.

Vidimo tudi v nekem smislu antimaterijeko nasilno sodeluje z navadno snovjo, in to je na splošno težji problem, ker čeprav smo to videli v učinkih interakcije, v bolj celostnem smislu, kot vibracije, nam je bilo do leta 2015 nedosegljivo.

Vendar v nekem smislu še vedno ne "vidimo" gravitacije, ker še nismo odkrili niti enega nosilca te interakcije (tj. na primer hipotetičnega delca, imenovanega graviton). Tukaj je vredno omeniti, da obstaja nekaj analogije med zgodovino gravitacije in .

Delovanje slednjega vidimo, a ga neposredno ne opazujemo, ne vemo, iz česa je sestavljeno. Vendar pa obstaja temeljna razlika med temi »nevidnimi« pojavi. Nihče ni nikoli dvomil o gravitaciji. Toda s temno snovjo (1) je drugače.

Kako g temna energijaki naj bi vseboval celo več kot temno snov. Njegov obstoj je bil izpeljan kot hipoteza, ki temelji na obnašanju vesolja kot celote. "Vidjeti" je verjetno celo težje kot temna snov, četudi le zato, ker nas naša skupna izkušnja uči, da energija po svoji naravi ostaja nekaj manj dostopnega čutilom (in instrumentom opazovanja) kot materija.

Po sodobnih predpostavkah bi morala oba temna predstavljati 96% njegove vsebine.

Tako nam je dejansko tudi samo vesolje večinoma nevidno, da ne omenjamo, da ko gre za njegove meje, poznamo le tiste, ki jih določa človeško opazovanje, in ne tistih, ki bi bile njegove prave skrajnosti – če obstajajo nasploh.

Nekaj ​​nas vleče skupaj s celotno galaksijo

Nevidnost nekaterih stvari v vesolju je lahko mučna, na primer dejstvo, da se 100 sosednjih galaksij nenehno premika proti skrivnostni točki v vesolju, znani kot Odličen atraktor. Ta regija je oddaljena približno 220 milijonov svetlobnih let in znanstveniki jo imenujejo gravitacijska anomalija. Verjame se, da ima Veliki atraktor maso kvadrilijonov sonc.

Začnimo z dejstvom, da se širi. To se dogaja že od velikega poka, trenutna hitrost tega procesa pa je ocenjena na 2,2 milijona kilometrov na uro. To pomeni, da se morata tudi naša galaksija in njena sosednja galaksija Andromeda premikati s to hitrostjo, kajne? res ne.

V 70. letih smo ustvarili podrobne zemljevide vesolja. Mikrovalovno ozadje (CMB) Vesolje in opazili smo, da je ena stran Rimske ceste toplejša od druge. Razlika je bila manjša od stotinke stopinje Celzija, a je bilo dovolj, da smo razumeli, da se gibljemo s hitrostjo 600 km na sekundo proti ozvezdju Kentaver.

Nekaj ​​let pozneje smo odkrili, da se ne samo mi, ampak vsi v krogu sto milijonov svetlobnih let od nas premikamo v isto smer. Obstaja samo ena stvar, ki se lahko upre širjenju na tako velike razdalje, in to je gravitacija.

Andromeda se na primer mora odmakniti od nas, a čez 4 milijarde let bomo morali ... trčiti z njo. Zadostna masa se lahko upre širjenju. Sprva so znanstveniki mislili, da je ta hitrost posledica naše lokacije na obrobju tako imenovane lokalne supergrupe.

Zakaj nam je tako težko videti tega skrivnostnega Velikega Atraktorja? Žal je to naša lastna galaksija, ki nam blokira pogled. Skozi pas Rimske ceste ne moremo videti približno 20% vesolja. Zgodi se, da gre točno tja, kjer je Veliki Atraktor. Teoretično je v to tančico mogoče prodreti z rentgenskimi in infrardečimi opazovanji, vendar to ne daje jasne slike.

Kljub tem težavam je bilo ugotovljeno, da je v eni regiji Velikega atraktorja, na razdalji 150 milijonov svetlobnih let, galaktični Grozd Norma. Za njo je še bolj masivna superjata, oddaljena 650 milijonov svetlobnih let, z maso 10. galaksije, enega največjih predmetov v vesolju, ki jih poznamo.

Torej, znanstveniki predlagajo, da je Veliki atraktor težišče številne superjate galaksij, vključno z našo - skupaj približno 100 objektov, kot je Rimska cesta. Obstajajo tudi teorije, da gre za ogromno zbirko temne energije ali območje visoke gostote z ogromno gravitacijsko silo.

Nekateri raziskovalci menijo, da je to le napoved končnega ... konca vesolja. Velika depresija bo pomenila, da se bo vesolje zgostilo v nekaj bilijonih let, ko se bo širitev upočasnila in se začela obračati. Sčasoma bi to pripeljalo do supermasiva, ki bi pojedel vse, vključno s samim seboj.

Vendar, kot ugotavljajo znanstveniki, bo širjenje Vesolja sčasoma premagalo moč Velikega Atraktorja. Naša hitrost proti njej je le petina hitrosti, s katero se vse širi. Ogromna lokalna struktura Laniakee (2), katere del smo, se bo nekega dne morala razbliniti, tako kot mnoge druge kozmične entitete.

Peta sila narave

Nekaj, česar ne vidimo, a je v zadnjem času resno sumilo, je tako imenovani peti udarec.

Odkritje tega, o čemer poročajo mediji, vključuje špekulacije o hipotetičnem novem delcu z zanimivim imenom. X17lahko pomaga razložiti skrivnost temne snovi in ​​temne energije.

Poznane so štiri interakcije: gravitacija, elektromagnetizem, močne in šibke atomske interakcije. Učinki štirih znanih sil na snov, od mikrosfere atomov do ogromnega obsega galaksij, so dobro dokumentirani in v večini primerov razumljivi. Vendar, če pomislite, da je približno 96 % mase našega vesolja sestavljeno iz nejasnih, nerazložljivih stvari, imenovanih temna snov in temna energija, ni presenetljivo, da znanstveniki že dolgo sumijo, da te štiri interakcije ne predstavljajo vsega v kozmosu. . se nadaljuje.

Poskus opisovanja nove sile, katere avtor je ekipa, ki jo vodi Atila Krasnagorskaya (3), fizika na Inštitutu za jedrske raziskave (ATOMKI) Madžarske akademije znanosti, o kateri smo slišali lansko jesen, ni bila prvi pokazatelj obstoja skrivnostnih interakcij.

Isti znanstveniki so o "peti sili" prvič pisali leta 2016, potem ko so izvedli poskus, da bi protone spremenili v izotope, ki so različice kemičnih elementov. Raziskovalci so opazovali, kako protoni spreminjajo izotop, znan kot litij-7, v nestabilno vrsto atoma, imenovanega berilij-8.

3. Prof. Attila Krasnohorkai (desno)

Ko je berilij-8 razpadel, so nastali pari elektronov in pozitronov, ki so se odbijali, zaradi česar so delci leteli ven pod kotom. Ekipa je pričakovala, da bo videla korelacijo med svetlobno energijo, ki se oddaja med procesom razpadanja, in koti, pod katerimi se delci razletijo. Namesto tega so se elektroni in pozitroni odklonili za 140 stopinj skoraj sedemkrat pogosteje, kot so predvidevali njihovi modeli, kar je nepričakovan rezultat.

"Vse naše znanje o vidnem svetu je mogoče opisati s tako imenovanim standardnim modelom fizike delcev," piše Krasnagorkay. »Vendar ne zagotavlja nobenih delcev, težjih od elektrona in lažjih od miona, ki je 207-krat težji od elektrona. Če v zgornjem masnem oknu najdemo nov delec, bi to pomenilo neko novo interakcijo, ki ni vključena v standardni model."

Skrivnostni predmet je dobil ime X17 zaradi njegove ocenjene mase 17 megaelektronvoltov (MeV), kar je približno 34-krat več kot elektron. Raziskovalci so opazovali razpad tritija v helij-4 in še enkrat opazili čudno diagonalno razelektritev, ki kaže na delec z maso približno 17 MeV.

"Foton posreduje elektromagnetno silo, gluon posreduje močno silo, bozona W in Z pa posredujeta šibko silo," je pojasnil Krasnahorkai.

»Naš delec X17 mora posredovati novo interakcijo, peto. Novi rezultat zmanjšuje verjetnost, da je bil prvi poskus le naključje ali da so rezultati povzročili sistemsko napako."

Temna snov pod nogami

Iz velikega Vesolja, iz nejasnega kraljestva ugank in skrivnosti velike fizike, vrnimo se na Zemljo. Tukaj se soočamo s precej presenetljivo težavo... z videnjem in natančnim prikazovanjem vsega, kar je v notranjosti (4).

Pred nekaj leti smo v MT pisali o skrivnost zemeljskega jedrada je paradoks povezan z njegovim ustvarjanjem in ni natančno znano, kakšna sta njegova narava in struktura. Imamo metode, kot je testiranje z potresni valovi, je uspelo razviti tudi model notranje strukture Zemlje, za kar obstaja znanstveno soglasje.

vendar v primerjavi z oddaljenimi zvezdami in galaksijami, na primer, je naše razumevanje tega, kaj je pod našimi nogami, šibko. Vesoljske objekte, tudi zelo oddaljene, preprosto vidimo. Enako ne moremo reči za jedro, plasti plašča ali celo globlje plasti zemeljske skorje..

Na voljo so le najbolj neposredne raziskave. Gorske doline razkrivajo skale do nekaj kilometrov globoko. Najgloblje raziskovalne vrtine segajo do globine dobrih 12 km.

Informacije o kamninah in mineralih, ki gradijo globlje, dajejo ksenoliti, t.j. delci kamnin, ki so bili zaradi vulkanskih procesov iztrgani in odneseni iz zemeljskega neba. Na njihovi podlagi lahko petrologi določijo sestavo mineralov do globine nekaj sto kilometrov.

Polmer Zemlje je 6371 km, kar pa ni lahka pot za vse naše »infiltratorje«. Zaradi ogromnega tlaka in temperature, ki segajo okoli 5 stopinj Celzija, je težko pričakovati, da bo najgloblja notranjost v doglednem času na voljo za neposredno opazovanje.

Kako torej vemo, kaj vemo o strukturi Zemljine notranjosti? Takšne informacije dajejo potresni valovi, ki jih povzročajo potresi, t.j. elastični valovi, ki se širijo v elastičnem mediju.

Ime so dobili po tem, da nastajajo z udarci. V prožnem (gorskem) mediju se lahko širita dve vrsti elastičnih (seizmičnih) valov: hitreje - vzdolžno in počasneje - prečno. Prva so nihanja medija, ki se pojavljajo vzdolž smeri širjenja valov, medtem ko se pri prečnih nihanjih medija pojavljajo pravokotno na smer širjenja valov.

Najprej se zabeležijo vzdolžni valovi (lat. primae), drugi pa prečni valovi (lat. secundae), od tod tudi njihova tradicionalna oznaka v seizmologiji - vzdolžni valovi p in prečni s. P-valovi so približno 1,73-krat hitrejši od s.

Informacije, ki jih zagotavljajo potresni valovi, omogočajo izgradnjo modela notranjosti Zemlje na podlagi elastičnih lastnosti. Na podlagi lahko definiramo druge fizikalne lastnosti gravitacijsko polje (gostota, tlak), opazovanje magnetotelurski tokovi ki nastane v Zemljinem plašču (razporeditev električne prevodnosti) oz razgradnjo zemeljskega toplotnega toka.

Petrološko sestavo lahko določimo s primerjavo z laboratorijskimi študijami lastnosti mineralov in kamnin v pogojih visokih tlakov in temperatur.

Zemlja oddaja toploto in ni znano, od kod prihaja. Pred kratkim se je pojavila nova teorija, povezana z najbolj izmuzljivimi osnovnimi delci. Verjame se, da lahko pomembne namige za skrivnost toplote, ki seva iz našega planeta, zagotovi narava. nevtrino - delci izredno majhne mase - oddajajo jih radioaktivni procesi, ki se dogajajo v črevesju Zemlje.

Glavna znana vira radioaktivnosti sta nestabilna torij in kalij, kot vemo iz vzorcev kamnin do 200 km pod zemeljskim površjem. Kaj je globlje, je že neznano.

Vemo geonevtrino tisti, ki se oddajajo pri razpadu urana, imajo več energije kot tisti, ki se oddajajo med razpadom kalija. Tako lahko z merjenjem energije geonevtrinov ugotovimo, iz kakšnega radioaktivnega materiala izvirajo.

Na žalost je geonevtrine zelo težko odkriti. Zato je njihovo prvo opazovanje leta 2003 zahtevalo ogromen podzemni detektor, napolnjen s pribl. ton tekočine. Ti detektorji merijo nevtrine z zaznavanjem trkov z atomi v tekočini.

Od takrat so geonevtrine opazili le v enem poskusu s to tehnologijo (5). To kažeta obe meritvi Približno polovico toplote Zemlje zaradi radioaktivnosti (20 teravatov) je mogoče razložiti z razpadom urana in torija. Vir preostalih 50% ... še ni znano kaj.

5. Modelna karta intenzivnosti izpustov geonevtrinov na Zemlji – napovedi

Julija 2017 se je začela gradnja objekta, znanega tudi kot SIPINApredviden za dokončanje okoli leta 2024. Objekt bo lociran skoraj 1,5 km pod zemljo v nekdanjem Homestacku v Južni Dakoti.

Znanstveniki nameravajo uporabiti DUNE za odgovor na najpomembnejša vprašanja sodobne fizike s skrbnim preučevanjem nevtrinov, enega najmanj razumljenih temeljnih delcev.

Avgusta 2017 je mednarodna skupina znanstvenikov objavila članek v reviji Physical Review D, v katerem predlaga precej inovativno uporabo DUNE kot skenerja za preučevanje notranjosti Zemlje. Potresnim valovom in vrtinam bi dodali novo metodo preučevanja notranjosti planeta, ki bi nam morda pokazala povsem novo sliko o njej. Vendar je to za zdaj le ideja.

Iz kozmične temne snovi smo prišli v notranjost našega planeta, za nas nič manj temnega. in neprepustnost teh stvari je zaskrbljujoča, vendar ne toliko kot tesnoba, da ne vidimo vseh predmetov, ki so relativno blizu Zemlje, zlasti tistih, ki so na poti trka z njo.

Vendar je to nekoliko drugačna tema, o kateri smo pred kratkim podrobno obravnavali v MT. Naša želja po razvoju metod opazovanja je v vseh kontekstih povsem upravičena.