Stvari koje su trenutno nevidljive

Ono što znanost zna i vidi samo je mali dio onoga što vjerojatno postoji. Naravno, znanost i tehnologija ne bi trebale "viziju" shvatiti doslovno. Iako ih naše oči ne mogu vidjeti, znanost već dugo može "vidjeti" stvari poput zraka i kisika koji sadrži, radio valova, ultraljubičastog svjetla, infracrvenog zračenja i atoma.

Vidimo i u određenom smislu antimaterijakada nasilno stupa u interakciju s običnom materijom, a to je općenito teži problem, jer iako smo to vidjeli u učincima interakcije, u holističkom smislu, kao vibracije, to nam je bilo nedokučivo do 2015. godine.

Međutim, mi još uvijek u određenom smislu ne "vidimo" gravitaciju, jer još nismo otkrili niti jedan nositelj te interakcije (tj. npr. hipotetsku česticu tzv. gravitona). Ovdje je vrijedno spomenuti da postoji određena analogija između povijesti gravitacije i .

Djelovanje potonjeg vidimo, ali ga izravno ne promatramo, ne znamo od čega se sastoji. Međutim, postoji temeljna razlika između ovih "nevidljivih" pojava. Nitko nikada nije dovodio u pitanje gravitaciju. Ali s tamnom materijom (1) je drugačije.

Kako g tamna energijaza koju se kaže da sadrži čak i više od tamne tvari. Njegovo postojanje izvedeno je kao hipoteza na temelju ponašanja svemira kao cjeline. "Vidjeti" je vjerojatno još teže nego tamnu tvar, makar samo zato što nas naše uobičajeno iskustvo uči da je energija, po samoj svojoj prirodi, i dalje nešto manje dostupno osjetilima (i instrumentima za promatranje) od materije.

Prema suvremenim pretpostavkama, oba tamna bi trebala činiti 96% njegovog sadržaja.

Dakle, zapravo, čak nam je i sam svemir uglavnom nevidljiv, a da ne spominjemo da kada je riječ o njegovim granicama, poznajemo samo one koje su određene ljudskim promatranjem, a ne one koje bi bile njegove prave krajnosti - ako postoje uopće.

Nešto nas vuče zajedno s cijelom galaksijom

Nevidljivost nekih stvari u svemiru može biti mučna, poput činjenice da se 100 susjednih galaksija neprekidno kreće prema misterioznoj točki u svemiru poznatoj kao Veliki atraktor. Ovo područje udaljeno je oko 220 milijuna svjetlosnih godina i znanstvenici ga nazivaju gravitacijskom anomalijom. Vjeruje se da Veliki atraktor ima masu od kvadrilijuna sunaca.

Počnimo s činjenicom da se širi. To se događa još od Velikog praska, a trenutna brzina tog procesa procjenjuje se na 2,2 milijuna kilometara na sat. To znači da se naša galaksija i njena susjedna galaksija Andromeda također moraju kretati tom brzinom, zar ne? Ne baš.

U 70-ima smo izradili detaljne karte svemira. Mikrovalna pozadina (CMB) Svemir i primijetili smo da je jedna strana Mliječne staze toplija od druge. Razlika je bila manja od stotinke Celzijevog stupnja, ali je bila dovoljna da shvatimo da se prema zviježđu Kentaura krećemo brzinom od 600 km u sekundi.

Nekoliko godina kasnije otkrili smo da se ne samo mi, nego svi unutar sto milijuna svjetlosnih godina od nas kreću u istom smjeru. Postoji samo jedna stvar koja se može oduprijeti širenju na tako velike udaljenosti, a to je gravitacija.

Andromeda se, na primjer, mora udaljiti od nas, ali za 4 milijarde godina morat ćemo se ... sudariti s njom. Dovoljna masa može se oduprijeti širenju. Isprva su znanstvenici mislili da je ova brzina posljedica našeg položaja na rubu takozvanog lokalnog superklastera.

Zašto nam je tako teško vidjeti taj tajanstveni Veliki atraktor? Nažalost, ovo je naša galaksija, koja nam zaklanja pogled. Kroz pojas Mliječne staze ne možemo vidjeti oko 20% svemira. Slučajno se dogodi da on ode točno tamo gdje je Veliki Atraktor. Teoretski je moguće probiti ovaj veo rendgenskim i infracrvenim promatranjima, ali to ne daje jasnu sliku.

Unatoč ovim poteškoćama, otkriveno je da u jednom području Velikog atraktora, na udaljenosti od 150 milijuna svjetlosnih godina, postoji galaktička Klaster Norma. Iza njega je još masivniji superklaster, udaljen 650 milijuna svjetlosnih godina, koji sadrži masu od 10. galaksija, jedan od najvećih objekata u svemiru koji su nam poznati.

Dakle, znanstvenici sugeriraju da je Veliki atraktor centar gravitacije mnoga superjata galaksija, uključujući i našu – ukupno oko 100 objekata, poput Mliječne staze. Postoje i teorije da je to ogromna zbirka tamne energije ili područje visoke gustoće s velikom gravitacijskom silom.

Neki istraživači vjeruju da je ovo samo predokus konačnog ... kraja svemira. Velika depresija značit će da će se svemir zgusnuti za nekoliko trilijuna godina, kada se širenje uspori i počne obrnuti. S vremenom bi to dovelo do supermasive koja bi pojela sve, uključujući i sebe.

Međutim, kao što znanstvenici primjećuju, širenje svemira će na kraju poraziti moć Velikog privlačitelja. Naša brzina prema njemu je samo jedna petina brzine kojom se sve širi. Ogromna lokalna struktura Laniakea (2) čiji smo dio jednog će se dana morati raspršiti, kao i mnogi drugi kozmički entiteti.

Peta sila prirode

Nešto što ne možemo vidjeti, ali na što se u zadnje vrijeme ozbiljno sumnja je tzv. peti udar.

Otkriće o čemu se izvještava u medijima uključuje nagađanja o hipotetskoj novoj čestici intrigantnog imena. X17može pomoći u objašnjenju misterija tamne tvari i tamne energije.

Poznate su četiri interakcije: gravitacija, elektromagnetizam, jaka i slaba atomska interakcija. Učinci četiriju poznatih sila na materiju, od mikropodručja atoma do kolosalnih razmjera galaksija, dobro su dokumentirani i u većini slučajeva razumljivi. Međutim, kada uzmete u obzir da se otprilike 96% mase našeg svemira sastoji od opskurnih, neobjašnjivih stvari koje se nazivaju tamna tvar i tamna energija, ne čudi što znanstvenici već dugo sumnjaju da ove četiri interakcije ne predstavljaju sve u kozmosu. . nastavlja.

Pokušaj opisivanja nove sile čiji je autor tim na čelu s Attila Krasnagorskaja (3), fizika Instituta za nuklearna istraživanja (ATOMKI) Mađarske akademije znanosti, za koju smo čuli prošle jeseni, nije bila prva naznaka postojanja tajanstvenih interakcija.

Isti znanstvenici prvi su pisali o “petoj sili” 2016. godine, nakon što su proveli eksperiment pretvaranja protona u izotope, koji su varijante kemijskih elemenata. Istraživači su promatrali kako protoni pretvaraju izotop poznat kao litij-7 u nestabilnu vrstu atoma nazvanu berilij-8.

3. Prof. Attila Krasnahorkay (desno)

Kada se berilij-8 raspao, nastali su parovi elektrona i pozitrona, koji su se međusobno odbijali, uzrokujući da čestice izlete pod kutom. Tim je očekivao da će vidjeti korelaciju između svjetlosne energije emitirane tijekom procesa raspada i kutova pod kojima se čestice razlijeću. Umjesto toga, elektroni i pozitroni bili su otklonjeni za 140 stupnjeva gotovo sedam puta češće nego što su njihovi modeli predviđali, što je neočekivani rezultat.

"Sve naše znanje o vidljivom svijetu može se opisati pomoću takozvanog Standardnog modela fizike čestica", piše Krasnagorkay. “Međutim, ne predviđa nikakve čestice teže od elektrona i lakše od miona, koji je 207 puta teži od elektrona. Ako pronađemo novu česticu u gornjem prozoru mase, to bi značilo neku novu interakciju koja nije uključena u standardni model."

Misteriozni objekt nazvan je X17 zbog svoje procijenjene mase od 17 megaelektronvolti (MeV), oko 34 puta više od mase elektrona. Istraživači su promatrali raspad tricija u helij-4 i još jednom primijetili čudno dijagonalno pražnjenje, što ukazuje na česticu s masom od oko 17 MeV.

"Foton posreduje elektromagnetsku silu, gluon posreduje jaku silu, a W i Z bozoni posreduju slabu silu", objasnio je Krasnahorkai.

“Naša čestica X17 mora posredovati u novoj interakciji, petoj. Novi rezultat smanjuje vjerojatnost da je prvi eksperiment bio samo slučajnost ili da su rezultati uzrokovali pogrešku sustava."

Tamna tvar pod nogama

Iz velikog Svemira, iz nejasnog carstva zagonetki i misterija velike fizike, vratimo se na Zemlju. Ovdje se suočavamo s prilično iznenađujućim problemom... vidjeti i točno prikazati sve što je unutra (4).

Prije nekoliko godina pisali smo u MT o misterija zemljine jezgreda je paradoks povezan s njegovim stvaranjem i ne zna se točno kakva je njegova priroda i struktura. Imamo metode kao što je testiranje sa seizmički valovi, također je uspio razviti model unutarnje strukture Zemlje, za što postoji znanstveno suglasje.

međutim u usporedbi s dalekim zvijezdama i galaksijama, na primjer, naše razumijevanje onoga što leži pod našim nogama je slabo. Svemirske objekte, čak i one vrlo udaljene, jednostavno vidimo. Isto se ne može reći za jezgru, slojeve plašta, pa čak ni za dublje slojeve zemljine kore..

Dostupno je samo najizravnije istraživanje. Planinske doline otkrivaju stijene duboke i do nekoliko kilometara. Najdublje istražne bušotine protežu se do dubine od nešto više od 12 km.

Informacije o stijenama i mineralima koji izgrađuju dublje daju ksenoliti, tj. fragmenti stijena istrgnuti i odneseni iz utrobe Zemlje kao posljedica vulkanskih procesa. Na temelju njih petrolozi mogu odrediti sastav minerala do dubine od nekoliko stotina kilometara.

Polumjer Zemlje je 6371 km, što nije nimalo lak put za sve naše “ulijetače”. Zbog golemog tlaka i temperature koja doseže oko 5 Celzijevih stupnjeva, teško je očekivati ​​da će najdublja unutrašnjost u dogledno vrijeme postati dostupna za izravno promatranje.

Dakle, kako znamo ono što znamo o strukturi Zemljine unutrašnjosti? Takve informacije daju seizmički valovi generirani potresima, tj. elastični valovi koji se šire u elastičnom mediju.

Ime su dobili po tome što nastaju udarcima. U elastičnom (planinskom) mediju mogu se širiti dvije vrste elastičnih (seizmičkih) valova: brži - longitudinalni i sporiji - transverzalni. Prvi su oscilacije medija koje se događaju duž smjera širenja vala, dok se kod transverzalnih oscilacija medija događaju okomito na smjer širenja vala.

Prvi se bilježe longitudinalni valovi (lat. primae), a drugi transverzalni valovi (lat. secundae), pa otuda i njihovo tradicionalno označavanje u seizmologiji - longitudinalni valovi p i transverzalni s. P-valovi su oko 1,73 puta brži od s.

Informacije koje pružaju seizmički valovi omogućuju izgradnju modela Zemljine unutrašnjosti na temelju elastičnih svojstava. Ostala fizička svojstva možemo definirati na temelju gravitacijskom polju (gustoća, tlak), promatranje magnetotelurskih struja nastalih u Zemljinom plaštu (raspodjela električne vodljivosti) odn razgradnja Zemljinog toplinskog toka.

Petrološki sastav može se odrediti usporedbom s laboratorijskim istraživanjima svojstava minerala i stijena u uvjetima visokih tlakova i temperatura.

Zemlja zrači toplinom, a ne zna se odakle dolazi. Nedavno se pojavila nova teorija vezana uz najneuhvatljivije elementarne čestice. Vjeruje se da važne tragove za misterij topline koja zrači iz našeg planeta može dati priroda. neutrina - čestice izuzetno male mase - emitiraju se radioaktivnim procesima koji se odvijaju u utrobi Zemlje.

Glavni poznati izvori radioaktivnosti su nestabilni torij i kalij, kao što znamo iz uzoraka stijena do 200 km ispod Zemljine površine. Što je dublje, već se ne zna.

Znamo to geoneutrino oni emitirani tijekom raspada urana imaju više energije od onih emitiranih tijekom raspada kalija. Dakle, mjerenjem energije geoneutrina možemo saznati od kakvog radioaktivnog materijala potječu.

Nažalost, geoneutrine je vrlo teško detektirati. Stoga je njihovo prvo promatranje 2003. zahtijevalo ogroman podzemni detektor ispunjen s cca. tona tekućine. Ovi detektori mjere neutrine otkrivajući sudare s atomima u tekućini.

Od tada su geoneutrini opaženi samo u jednom eksperimentu pomoću ove tehnologije (5). To pokazuju oba mjerenja Otprilike polovica topline Zemlje od radioaktivnosti (20 terawata) može se objasniti raspadom urana i torija. Izvor preostalih 50%... još se ne zna što.

5. Modelna karta intenziteta emisije geoneutrina na Zemlji - prognoze

U srpnju 2017. godine započela je izgradnja zgrade poznate i kao DUNEpredviđen za završetak oko 2024. Objekt će se nalaziti gotovo 1,5 km pod zemljom u bivšem Homestacku u Južnoj Dakoti.

Znanstvenici planiraju koristiti DUNE kako bi odgovorili na najvažnija pitanja u modernoj fizici pomnim proučavanjem neutrina, jedne od najmanje shvaćenih fundamentalnih čestica.

U kolovozu 2017. međunarodni tim znanstvenika objavio je članak u časopisu Physical Review D u kojem predlaže prilično inovativnu upotrebu DUNE kao skenera za proučavanje unutrašnjosti Zemlje. Seizmičkim valovima i bušotinama dodala bi se nova metoda proučavanja unutrašnjosti planeta, koja bi nam, možda, pokazala potpuno novu sliku o njoj. Međutim, ovo je za sada samo ideja.

Od kozmičke tamne tvari došli smo do unutrašnjosti našeg planeta, za nas ništa manje mračnog. i neprobojnost ovih stvari je zabrinjavajuća, ali ne toliko koliko tjeskoba da ne vidimo sve objekte koji su relativno blizu Zemlje, posebno one koji su na putu sudara s njom.

No, ovo je malo drugačija tema, o kojoj smo nedavno detaljno govorili u MT-u. Naša želja za razvojem metoda promatranja potpuno je opravdana u svim kontekstima.