Betapa gelapnya bahan membentuk alam semesta

Isi kandungan:

Betapa gelapnya bahan membentuk alam semesta
Betapa gelapnya bahan membentuk alam semesta
Anonim

Zarah-zarah misterius secara tidak langsung dapat membuka jalan bagi manusia - dan membunuh dinosaur, tulis penulis sebuah artikel di The New Republic. Para saintis masih pada tahap awal untuk memahami apa itu masalah gelap. Tetapi tidak ada keraguan bahawa pengaruh gravitasi sangat mempengaruhi perkembangan Alam Semesta.

Ramai yang terpesona dengan idea multiverse - alam semesta lain di luar jangkauan kita. Tetapi banyak dunia tersembunyi yang kita ada peluang untuk diterokai dan difahami sama menariknya. Dengan idea dan teknologi moden yang ada, kita menghampiri saat di mana bahan gelap akan menjadi perbatasan terakhir - atau sekurang-kurangnya penemuan menarik seterusnya.

Bahan gelap adalah entiti sukar difahami di alam semesta. Seperti perkara biasa, ia berinteraksi dengan dunia sekitar melalui graviti, sementara tidak memancarkan atau menyerap cahaya. Ahli astronomi mencatat pengaruh graviti, tetapi tidak melihat atau merasakannya secara langsung. Bahan gelap membawa tenaga lima kali lebih banyak daripada bahan biasa, tetapi interaksinya dengan bahan, yang dapat dilihat secara langsung, sangat lemah. Mungkin berbilion zarah zat gelap melewati setiap kita setiap saat. Namun, tidak ada yang menyedari kehadiran mereka. Bahkan berbilion zarah bahan gelap memberi kesan yang tidak dapat diabaikan kepada kita.

Ini kerana bahan gelap tidak terdiri daripada bahan yang sama dengan bahan biasa - atom atau zarah unsur lain yang diketahui oleh kita, yang interaksinya dengan cahaya bertanggungjawab untuk semua yang kita lihat. Bahan gelap sebenarnya tidak gelap - ia telus. Perkara gelap menyerap cahaya. Perkara telus, termasuk perkara yang ditimpa musibah disebut "gelap", tidak dapat kita fahami. Mustahil untuk mengumpulkan bahan gelap di ruang bawah tanah atau garaj.

Walau bagaimanapun, seorang penulis skrip baru-baru ini bertanya kepada saya mengenai kemungkinan menggunakan kekuatan bahan gelap. Walaupun kegembiraan bahawa perkara-perkara gelap biasanya menyebabkan kita, cukup untuk melihat banyak buku dan filem dalam tajuk-tajuk yang mana perkataan ini muncul! - Bahan gelap bukanlah sumber kekuatan strategik yang jahat dan mewah. Baik dengan tangan kita sendiri, ataupun dengan alat yang diperbuat daripada bahan biasa, kita tidak dapat membuat senjata roket atau perangkap dari bahan gelap. Menemukannya bukan lagi tugas yang mudah. Memanfaatkan potensinya adalah kisah yang sama sekali berbeza.

Mari kita kaitkan keinginan penulis untuk menyampaikan pemikiran angan-angan ke nama terpilih yang malang, yang mungkin disebabkan oleh itu, perkara gelap nampaknya lebih mengancam dan lebih kuat daripada yang sebenarnya. Tetapi sementara manusia tidak dapat menguasai kekuatan bahan gelap, alam semesta dapat. Sama ada kita menyedari sumbangannya atau tidak, tetapi - seperti pekerja yang tidak kelihatan yang membina piramid, atau lebuh raya, atau memasang mekanisme elektronik secara terperinci yang memainkan peranan penting dalam perkembangan peradaban - perkara gelap sangat penting untuk pengembangan kosmos kita. Sekiranya penyelidikan bersama kita mengesahkan hipotesis yang dikemukakan, kita mungkin dapat membuktikan bahawa bahan gelap juga secara tidak langsung membuka jalan untuk munculnya mamalia besar dan, oleh itu, manusia.

Lubang hitam

Ahli paleontologi, ahli geologi dan ahli fizik telah menemui bahawa 66 juta tahun yang lalu, sebuah objek dengan jarak sekurang-kurangnya sepuluh kilometer jatuh dari angkasa ke Bumi dari angkasa. Dia menghancurkan dinosaur darat, dan bersama dengan tiga perempat spesies lain yang ada di planet ini. Kami membuat hipotesis bahawa ketika Matahari melewati satah tengah Bima Sakti - deretan bintang dan debu terang yang dapat dilihat di langit malam yang jernih - sistem suria menemui cakera benda gelap, yang mencetuskan perpindahan jarak jauh objek, sehingga memaksa bencana ini - dan mungkin yang lain dengan selang 30-35 juta tahun. Hipotesis kami adalah bahawa jenis bahan gelap yang kurang tradisional runtuh menjadi cakera tebal (lebih padat daripada cakera Bima Sakti), dan kesan graviti cakera ini mengubah lintasan komet ketika mereka melalui sistem suria.

Konsep jirim gelap yang dikemukakan oleh kami berbeza dengan pandangan luas mengenai sifatnya. Walaupun dunia yang kelihatan mempunyai banyak jenis zarah - quark dan elektron, foton dan gluon, misalnya - dan zarah-zarah ini berinteraksi melalui daya yang berbeza (elektromagnetik, kuat dan lemah), ahli fizik biasanya berpendapat bahawa semua bahan gelap terdiri daripada satu jenis zarah yang kebanyakannya hanya berinteraksi melalui graviti. Mengapa tidak menganggap bahawa terdapat juga pelbagai jenis bahan gelap dan sekurang-kurangnya salah satu daripadanya mempunyai daya interaksi tersendiri?

Sekiranya kita menganggap bahawa walaupun sebahagian kecil zarah jirim gelap berinteraksi dengan zarah-zarah jirim gelap yang lain melalui daya elektromagnetik gelap, maka zarah-zarah jirim gelap ini harus berperilaku sama dengan zarah-zarah zat biasa, yang, seperti yang kita tahu, menyejuk di galaksi, perlahan turunkan kelajuan mereka dan membentuk cakera, sama dengan cakera Bima Sakti kita yang kelihatan. Mengukur pergerakan satu bilion bintang di Bima Sakti, satelit Gaia membuat gambar 3D bentuk galaksi kita, yang hari ini peka terhadap pengaruh graviti cakera benda gelap.

Apa pun hasil carian untuk jenis bahan gelap tambahan ini, kita tahu bahawa bahan gelap telah memainkan peranan penting dalam sejarah alam semesta yang dapat dilihat. Walaupun kelemahan interaksi, tarikan graviti bahan gelap telah membentuk galaksi dan kelompok galaksi yang tersebar di seluruh kosmos. Tanpa bahan gelap, bintang tidak akan mencapai ukurannya sekarang dan akan diedarkan secara berbeza.

Kami tidak akan berada di sini untuk membincangkan semua ini, apalagi untuk mengumpulkan gambaran holistik mengenai evolusi Alam Semesta, jika tidak untuk bahan gelap, yang memberikan cukup masa untuk pembentukan struktur yang sekarang kita amati.

Dalam salah satu penemuan yang paling mengejutkan pada abad ke-20, pengamatan CMB dari Big Bang menunjukkan bahawa ketika alam semesta kira-kira seukuran sebiji pasir, penyimpangan kecil terdapat dalam kepadatannya. Fluktuasi kecil ini - kurang dari 0,001% - akhirnya menjadi asal usul anda, saya, galaksi dan semua struktur di alam semesta. Bahan gelap memainkan peranan penting dalam memperkuat penyimpangan kecil dalam kepadatan dan membiarkan struktur kosmik ini terbentuk.

Perkara, tidak seperti radiasi, pada tahap awal keberadaan Alam Semesta dapat melambatkan dan melekat bersama. Daya tarikan graviti di tempat-tempat dengan ketumpatan yang lebih tinggi menyebabkan fakta bahawa beberapa kawasan jirim runtuh, sehingga meningkatkan lagi kepadatan jirim dan menyebabkan pembentukan galaksi. Maka alam semesta menjadi semakin heterogen, kerana wilayah-wilayah yang kaya dengan bahan menjadi lebih diperkaya, dan yang miskin menjadi lebih miskin. Penggabungan jirim berterusan kerana keruntuhan jirim yang berterusan dalam proses maklum balas positif yang mengubah alam semesta yang awalnya homogen menjadi apa yang akhirnya akan berkembang menjadi galaksi, kelompok dan bintang yang dibezakan yang kita lihat hari ini. Oleh kerana jumlah jirim gelap jauh lebih besar daripada jumlah jirim biasa, keruntuhan ini berlaku lebih awal daripada jika hanya ada jirim biasa di alam semesta. Ini penting kerana telah memberi struktur yang kita lihat hari ini cukup masa untuk berkembang.

Lubang hitam yang aktif seperti yang dilihat oleh artis

Tetapi perkara gelap telah memainkan peranan penting untuk alasan lain juga. Walaupun ia bukan bentuk utama tenaga di Alam Semesta, radiasi membersihkan perubahan kepadatan bahan biasa, sama seperti angin melancarkan gelombang berpasir yang tercetak di pantai. Sinaran pada awal evolusi alam semesta dapat mencegah pembentukan objek sebesar galaksi dari bahan biasa.

Bahan gelap dapat terus menghasilkan struktur seperti itu kerana kebal terhadap sinaran elektromagnetik. Akibatnya, bahan gelap dengan berkesan memberi bahan biasa sebagai permulaan tambahan, membuka jalan untuk pembentukan galaksi dan sistem bintang. Hanya dengan "berjalan kaki" bersama dengan benda gelap, objek skala galaksi dan garis dasar bintang dapat terbentuk di Alam Semesta kita. Apabila kawasan yang cukup besar runtuh, bahan gelap membentuk lingkaran lingkaran sekitarnya, di mana gas bahan biasa dapat menyejuk, mengembun ke tengah, dan akhirnya hancur menjadi bintang.

Kejatuhan jirim gelap dan jirim biasa ini juga membantu pencarian bahan gelap kita. Walaupun kita melihat bintang dan galaksi berkat cahaya yang dipancarkan, benda gelap yang pada awalnya menarik bahan yang kelihatan untuk membentuk struktur ini. Oleh itu, walaupun secara langsung kita hanya memerhatikan jirim biasa, kita dapat memastikan bahawa kedua-dua jirim ada di tempat yang sama dan jirim gelap tetap berada di lingkaran bulat ini di sekitar jirim yang kelihatan. Dengan kata lain, dari satu segi, masuk akal untuk mencari bahan gelap di bawah tiang lampu.

Bahan gelap terus memainkan peranan penting di angkasa. Ia bukan sahaja mendorong daya tarikan graviti, yang menghalang bintang-bintang dari berserakan, tetapi juga mengembalikan sebahagian perkara yang dikeluarkan oleh supernova kembali ke galaksi. Oleh itu, bahan gelap membantu mengekalkan unsur-unsur berat yang diperlukan untuk pembentukan bintang seterusnya dan akhirnya seumur hidup.

Jangan terlalu bimbang tentang hubungan negatif yang tidak dapat dielakkan dengan pengertian "gelap" atau kekuatan perkara gelap yang lebih tinggi. Kesan zarah bahan gelap - atau bahkan berbilion zarah itu - mudah diabaikan. Walau bagaimanapun, pengaruh graviti sejumlah besar bahan gelap yang terkumpul di kawasan tertentu mempunyai kesan yang signifikan terhadap perkembangan Alam Semesta. Seperti entiti lain di persekitaran kita yang diabaikan oleh kita, perkara gelap sangat penting bagi dunia kita dan, menurut penyelidikan baru-baru ini, mungkin diperlukan untuk kemunculan kehidupan manusia.

Saya dan rakan sekerja hanya pada awal pemahaman kita tentang perkara gelap. Bahan gelap tidak dibezakan di ruang angkasa, jadi kapal Enterprise tidak akan dapat memindahkan kita ke sana - namun, tidak seperti kapal angkasa ini, jirim gelap adalah nyata. Walaupun begitu, penyelidikan yang berterusan menjanjikan untuk mengatasi batasan fizikal kita dan lebih memahami dunia gelap yang sukar difahami, namun berpotensi dapat diakses.

Disyorkan: