Asjad, mis on hetkel nähtamatud

Asjad, mida teadus teab ja näeb, on vaid väike osa sellest, mis tõenäoliselt eksisteerib. Muidugi ei tohiks teadus ja tehnoloogia võtta "nägemust" sõna-sõnalt. Kuigi meie silmad neid ei näe, on teadus juba pikka aega suutnud "näha" selliseid asju nagu õhk ja selles sisalduv hapnik, raadiolained, ultraviolettvalgus, infrapunakiirgus ja aatomid.

Me näeme ka teatud mõttes antiainekui see suhtleb ägedalt tavalise ainega, ja see on üldiselt keerulisem probleem, sest kuigi me nägime seda interaktsiooni mõjus terviklikumas mõttes vibratsioonidena, oli see kuni 2015. aastani meie jaoks tabamatu.

Siiski me mingis mõttes ikkagi ei "näe" gravitatsiooni, sest me pole veel avastanud ühtki selle interaktsiooni kandjat (st näiteks hüpoteetilist osakest nn. graviton). Siinkohal tasub mainida, et gravitatsiooni ajaloo ja vahel on mingi analoogia.

Viimase tegevust me näeme, aga otseselt ei jälgi, ei tea, millest see koosneb. Nendel "nähtamatutel" nähtustel on aga põhimõtteline erinevus. Keegi pole kunagi gravitatsiooni kahtluse alla seadnud. Tumeainega (1) on aga teisiti.

Kuidas g tume energiamis väidetavalt sisaldab isegi rohkem kui tumeaine. Selle olemasolu järeldati hüpoteesina, mis põhines universumi kui terviku käitumisel. Selle "nägemine" on tõenäoliselt isegi raskem kui tumeaine, kasvõi seetõttu, et meie ühine kogemus õpetab meile, et energia jääb oma olemuselt meeltele (ja vaatlusvahenditele) vähem kättesaadavaks kui mateeria.

Kaasaegsete eelduste kohaselt peaksid mõlemad tumedad moodustama 96% selle sisaldusest.

Nii et tegelikult on isegi universum ise meile suures osas nähtamatu, rääkimata sellest, et kui rääkida selle piiridest, siis me teame ainult neid, mis on inimese vaatluse poolt määratud, mitte aga neid, mis oleksid selle tõelised äärmused – kui need on olemas. üleüldse.

Miski tõmbab meid kogu galaktikaga kaasa

Mõnede asjade nähtamatus kosmoses võib olla ahistav, näiteks asjaolu, et 100 naabergalaktikat liiguvad pidevalt universumi salapärase punkti poole. Suurepärane ligitõmbaja. See piirkond asub umbes 220 miljoni valgusaasta kaugusel ja teadlased nimetavad seda gravitatsioonianomaaliaks. Arvatakse, et Suurel Atraktoril on kvadriljonite päikeste mass.

Alustame sellest, et see laieneb. See on toimunud Suurest Paugust saadik ja selle protsessi praeguseks kiiruseks hinnatakse 2,2 miljonit kilomeetrit tunnis. See tähendab, et ka meie galaktika ja selle naaber-Andromeeda galaktika peavad liikuma sellise kiirusega, eks? Mitte päris.

70ndatel lõime üksikasjalikud ilmaruumi kaardid. Mikrolaine taust (CMB) Universum ja me märkasime, et Linnutee üks pool on soojem kui teine. Vahe jäi küll alla sajandikkraadi Celsiuse järgi, kuid sellest piisas, et saaksime aru, et liigume kiirusega 600 km/s Kentauruse tähtkuju poole.

Mõni aasta hiljem avastasime, et mitte ainult meie, vaid kõik meist saja miljoni valgusaasta raadiuses ei liikunud samas suunas. On ainult üks asi, mis suudab vastu seista paisumisele nii suurte vahemaade tagant, ja see on gravitatsioon.

Näiteks Andromeda peab meist eemalduma, kuid 4 miljardi aasta pärast peame ... temaga kokku põrkama. Piisav mass talub paisumist. Algul arvasid teadlased, et see kiirus on tingitud meie asukohast nn kohaliku superparve äärealadel.

Miks on meil nii raske seda salapärast suurt ligitõmbajat näha? Kahjuks on see meie enda galaktika, mis blokeerib meie vaate. Linnutee vöö kaudu ei näe me umbes 20% universumist. Juhtub nii, et ta läheb täpselt sinna, kus on Suur Atraktor. Röntgen- ja infrapunavaatlustega on teoreetiliselt võimalik sellest loorist läbi tungida, kuid see ei anna selget pilti.

Nendest raskustest hoolimata leiti, et ühes Suure Attraktori piirkonnas, 150 miljoni valgusaasta kaugusel, on galaktika. Klaster Norma. Selle taga on 650 miljoni valgusaasta kaugusel veelgi massiivsem superparv, mille mass on 10 XNUMX. galaktika, üks suurimaid meile teadaolevaid objekte universumis.

Nii väidavad teadlased, et Suur Atraktor raskuskese paljud galaktikate superparved, sealhulgas meie oma – kokku umbes 100 objekti, näiteks Linnutee. On ka teooriaid, et see on tohutu tumeda energia kogum või suure tihedusega ala, millel on tohutu gravitatsiooniline tõmbejõud.

Mõned teadlased usuvad, et see on vaid eelmaitse lõplikust ... universumi lõpust. Suur depressioon tähendab, et universum pakseneb mõne triljoni aasta pärast, kui paisumine aeglustub ja hakkab pöörduma. Aja jooksul tooks see kaasa ülimassiivi, mis sööks kõike, sealhulgas iseennast.

Kuid nagu teadlased märgivad, võidab universumi paisumine lõpuks Suure Atraktori jõu. Meie kiirus selle poole on vaid viiendik kiirusest, millega kõik paisub. Laniakea (2) tohutu kohalik struktuur, mille osa me oleme, peab ühel päeval laiali minema, nagu ka paljud teised kosmilised olendid.

Viies loodusjõud

Midagi, mida me ei näe, kuid mida on hiljaks jäänud tõsiselt kahtlustatud, on nn viies löök.

Meedias kajastatu avastamine hõlmab spekulatsioone hüpoteetilise uue intrigeeriva nimega osakese üle. X17võib aidata selgitada tumeaine ja tumeenergia müsteeriumi.

Tuntud on neli vastastikmõju: gravitatsioon, elektromagnetism, tugev ja nõrk aatomi vastastikmõju. Nelja teadaoleva jõu mõju ainele, alates aatomite mikrovaldkonnast kuni galaktikate kolossaalse ulatuseni, on hästi dokumenteeritud ja enamikul juhtudel arusaadav. Kui aga mõelda, et ligikaudu 96% meie universumi massist koosneb ebaselgetest, seletamatutest asjadest, mida nimetatakse tumeaineks ja tumeenergiaks, pole üllatav, et teadlased on juba ammu kahtlustanud, et need neli vastasmõju ei esinda kõike kosmoses. . jätkub.

Katse kirjeldada uut jõudu, mille autoriks on meeskond eesotsas Attila Krasnagorskaja (3), Ungari Teaduste Akadeemia Tuumauuringute Instituudi (ATOMKI) füüsika, millest kuulsime eelmisel sügisel, ei olnud esimene märk salapäraste vastastikmõjude olemasolust.

Samad teadlased kirjutasid esimest korda "viiendast jõust" 2016. aastal pärast katset prootonite muutmiseks isotoopideks, mis on keemiliste elementide variandid. Teadlased jälgisid, kuidas prootonid muutsid liitium-7-na tuntud isotoobi ebastabiilseks aatomitüübiks, mida nimetatakse berüllium-8-ks.

3. Prof. Attila Krasnohorkai (paremal)

Berüllium-8 lagunemisel tekkisid elektronide ja positronite paarid, mis tõrjusid üksteist, mistõttu osakesed lendasid nurga all välja. Meeskond lootis näha korrelatsiooni lagunemisprotsessi käigus kiirgava valgusenergia ja osakeste lahku lendamise nurkade vahel. Selle asemel kaldusid elektronid ja positronid 140 kraadi peaaegu seitse korda sagedamini kui nende mudelid ennustasid, mis on ootamatu tulemus.

"Kõiki meie teadmisi nähtava maailma kohta saab kirjeldada osakeste füüsika nn standardmudeli abil," kirjutab Krasnagorkay. "Siiski ei näe see ette ühtegi elektronist raskemat ja elektronist 207 korda raskemat müoonist kergemat osakest. Kui leiame ülaltoodud massiaknas uue osakese, viitab see mõnele uuele interaktsioonile, mis ei sisaldu standardmudelis.

Salapärane objekt sai nimeks X17, kuna selle hinnanguline mass on 17 megaelektronvolti (MeV), mis on umbes 34 korda suurem elektroni massist. Teadlased jälgisid triitiumi lagunemist heelium-4-ks ja täheldasid taas kummalist diagonaallahendust, mis viitas osakesele massiga umbes 17 MeV.

"Footon vahendab elektromagnetilist jõudu, gluoon vahendab tugevat jõudu ning W- ja Z-bosonid vahendavad nõrka jõudu," selgitas Krasnahorkai.

"Meie osake X17 peab vahendama uut interaktsiooni, viiendat. Uus tulemus vähendab tõenäosust, et esimene katse oli lihtsalt kokkusattumus või et tulemused põhjustasid süsteemivea."

Tume aine jalge all

Suurest universumist, suure füüsika mõistatuste ja saladuste ebamäärasest valdkonnast, pöördugem tagasi Maale. Oleme siin silmitsi üsna üllatava probleemiga... kõige sees leiduva nägemise ja täpse kujutamisega (4).

Paar aastat tagasi kirjutasime MT-s umbes maakera tuuma mõistatuset paradoks on seotud selle loomisega ja pole täpselt teada, milline on selle olemus ja struktuur. Meil on sellised meetodid nagu testimine seismilised lained, õnnestus välja töötada ka Maa sisestruktuuri mudel, mille osas on olemas teaduslik kokkulepe.

aga võrreldes näiteks kaugete tähtede ja galaktikatega on meie arusaam sellest, mis meie jalge all peitub, nõrk. Kosmoseobjekte, isegi väga kaugeid, me lihtsalt näeme. Sama ei saa öelda südamiku, vahevöö kihtide ega isegi maakoore sügavamate kihtide kohta..

Saadaval on ainult kõige otsesemad uuringud. Mägede orud paljastavad kuni mitme kilomeetri sügavused kivid. Sügavaimad uuringukaevud ulatuvad veidi üle 12 km sügavusele.

Infot kivimite ja mineraalide kohta, mis ehitavad sügavamaid, annavad ksenoliidid, s.o. vulkaaniliste protsesside tagajärjel Maa sisikonnast välja rebitud ja minema kantud kivimite killud. Nende põhjal saavad naftaloogid määrata mineraalide koostist mitmesaja kilomeetri sügavusele.

Maa raadius on 6371 km, mis ei ole lihtne tee kõigile meie "sissetungijatele". Tohutu rõhu ja umbes 5 kraadini küündiva temperatuuri tõttu on raske eeldada, et sügavaim sisemus läheks lähitulevikus vahetuks vaatluseks ligipääsetavaks.

Kuidas me siis teame seda, mida teame Maa sisemuse struktuuri kohta? Sellist infot annavad maavärinate tekitatud seismilised lained, s.t. elastses keskkonnas levivad elastsed lained.

Nad on oma nime saanud selle järgi, et neid tekitavad löögid. Elastses (mägises) keskkonnas võivad levida kahte tüüpi elastsed (seismilised) lained: kiiremini - pikisuunas ja aeglasemalt - põiki. Esimesed on keskkonna võnkumised, mis toimuvad piki laine levimise suunda, samas kui keskkonna põikvõnkumistes tekivad need laine levimise suunaga risti.

Esimesena registreeritakse pikisuunalised lained (lat. primae) ja põiklained teisena (lat. secundae), sellest ka nende traditsiooniline markeering seismoloogias - pikilained p ja põiklained s. P-lained on umbes 1,73 korda kiiremad kui s.

Seismiliste lainete poolt pakutav informatsioon võimaldab koostada elastsusomaduste põhjal mudeli Maa sisemusest. Selle põhjal saame määratleda muid füüsikalisi omadusi gravitatsiooniväli (tihedus, rõhk), vaatlus magnetotelluurilised voolud tekivad Maa vahevöös (elektrijuhtivuse jaotus) või Maa soojusvoo lagunemine.

Petroloogilist koostist saab määrata mineraalide ja kivimite omaduste laboratoorsete uuringutega võrreldes kõrge rõhu ja temperatuuri tingimustes.

Maa kiirgab soojust ja pole teada, kust see tuleb. Hiljuti on ilmnenud uus teooria, mis on seotud kõige tabamatumate elementaarosakestega. Arvatakse, et loodus võib anda olulisi vihjeid meie planeedi seest kiirguva soojuse saladusele. neutriino - äärmiselt väikese massiga osakesed - eralduvad Maa soolestikus toimuvatest radioaktiivsetest protsessidest.

Peamised teadaolevad radioaktiivsuse allikad on ebastabiilne toorium ja kaalium, nagu me teame kivimiproovidest kuni 200 km sügavusel maapinnast. Mis on sügavamal, on juba teadmata.

Me teame seda geoneutriino uraani lagunemisel eralduvatel ainetel on rohkem energiat kui kaaliumi lagunemisel eralduvatel. Seega saame geoneutriinode energiat mõõtes teada, millisest radioaktiivsest materjalist need pärinevad.

Kahjuks on geoneutriinosid väga raske tuvastada. Seetõttu oli nende esimene vaatlus 2003. aastal vaja tohutut maa-alust detektorit, mis oli täidetud u. tonni vedelikku. Need detektorid mõõdavad neutriinosid, tuvastades kokkupõrked vedelikus olevate aatomitega.

Sellest ajast peale on geoneutriinosid vaadeldud ainult ühes selle tehnoloogiaga katses (5). Mõlemad mõõtmised näitavad seda Umbes poole Maa soojusest radioaktiivsusest (20 teravatti) võib seletada uraani ja tooriumi lagunemisega. Ülejäänud 50% allikas... pole veel teada, mis.

5. Geoneutriinode emissiooni intensiivsuse mudelkaart Maal – prognoosid

2017. aasta juulis alustati hoone, tuntud ka kui DUNESvalmima umbes 2024. aastaks. Rajatis hakkab asuma peaaegu 1,5 km kaugusel maa all endises Homestackis, Lõuna-Dakotas.

Teadlased kavatsevad kasutada DUNE'i, et vastata kaasaegse füüsika kõige olulisematele küsimustele, uurides hoolikalt neutriinosid, üht kõige vähem mõistetavat põhiosakest.

2017. aasta augustis avaldas rahvusvaheline teadlaste meeskond ajakirjas Physical Review D artikli, milles pakkus välja üsna uuenduslik DUNE kasutamine skannerina Maa sisemuse uurimiseks. Seismilistele lainetele ja puuraukudele lisanduks uus meetod planeedi sisemuse uurimiseks, mis võib-olla näitaks meile sellest täiesti uut pilti. See on aga esialgu vaid idee.

Kosmilisest tumeainest jõudsime oma planeedi sisemusse, meie jaoks mitte vähem pimedasse. ja nende asjade läbimatus tekitab hämmingut, kuid mitte nii palju kui ärevus, et me ei näe kõiki objekte, mis on Maale suhteliselt lähedal, eriti neid, mis on Maaga kokkupõrke teel.

See on aga veidi erinev teema, mida hiljuti MT-s üksikasjalikult käsitlesime. Meie soov arendada vaatlusmeetodeid on igas kontekstis igati õigustatud.