Veci, ktoré sú momentálne neviditeľné
Veci, ktoré veda pozná a vidí, sú len malou časťou toho, čo pravdepodobne existuje. Samozrejme, veda a technika by nemali brať „víziu“ doslovne. Hoci ich naše oči nevidia, veda je už dlho schopná „vidieť“ veci ako vzduch a kyslík, ktorý obsahuje, rádiové vlny, ultrafialové svetlo, infračervené žiarenie a atómy.
V istom zmysle vidíme aj my antihmotakeď násilne interaguje s bežnou hmotou, a to je vo všeobecnosti zložitejší problém, pretože hoci sme to videli v účinkoch interakcie, v holistickejšom zmysle ako vibrácie, do roku 2015 to bolo pre nás nepolapiteľné.
Stále však v istom zmysle „nevidíme“ gravitáciu, pretože sme zatiaľ neobjavili jediného nosiča tejto interakcie (t.j. napr. hypotetickú časticu tzv. gravitón). Tu stojí za zmienku, že existuje určitá analógia medzi históriou gravitácie a .
Pôsobenie toho druhého vidíme, ale priamo ho nepozorujeme, nevieme, z čoho pozostáva. Medzi týmito „neviditeľnými“ javmi je však zásadný rozdiel. Nikto nikdy nespochybnil gravitáciu. Ale s temnou hmotou (1) je to iné.
Ako g temná energiaktorá vraj obsahuje ešte viac ako temná hmota. Jeho existencia bola odvodená ako hypotéza založená na správaní vesmíru ako celku. „Vidieť“ to bude pravdepodobne ešte ťažšie ako temnú hmotu, už len preto, že naša bežná skúsenosť nás učí, že energia zo svojej podstaty zostáva niečím menej dostupným pre zmysly (a nástroje pozorovania) ako hmota.
Podľa moderných predpokladov by obe tmavé mali tvoriť 96 % jej obsahu.
Takže vlastne aj samotný vesmír je pre nás do značnej miery neviditeľný, nehovoriac o tom, že pokiaľ ide o jeho hranice, poznáme len tie, ktoré sú určené ľudským pozorovaním, a nie tie, ktoré by boli jeho skutočnými extrémami – ak existujú. vôbec.
Niečo nás ťahá spolu s celou galaxiou
Neviditeľnosť niektorých vecí vo vesmíre môže byť trýznivá, ako napríklad skutočnosť, že 100 susedných galaxií sa nepretržite pohybuje smerom k tajomnému bodu vo vesmíre známemu ako Skvelý atraktor. Táto oblasť je vzdialená asi 220 miliónov svetelných rokov a vedci ju nazývajú gravitačná anomália. Predpokladá sa, že Veľký atraktor má hmotnosť kvadriliónov sĺnk.
Začnime tým, že sa rozširuje. Deje sa tak od Veľkého tresku a súčasná rýchlosť tohto procesu sa odhaduje na 2,2 milióna kilometrov za hodinu. To znamená, že naša galaxia a jej susedná galaxia Andromeda sa tiež musia pohybovať takou rýchlosťou, však? Nie naozaj.
V 70. rokoch sme vytvorili podrobné mapy vesmíru. Mikrovlnné pozadie (CMB) Vesmír a všimli sme si, že jedna strana Mliečnej dráhy je teplejšia ako druhá. Rozdiel bol menej ako stotina stupňa Celzia, ale stačilo nám to na to, aby sme pochopili, že sa pohybujeme rýchlosťou 600 km za sekundu smerom k súhvezdí Kentaurus.
O niekoľko rokov neskôr sme zistili, že nielen my, ale aj všetci v okruhu sto miliónov svetelných rokov od nás sa pohybujú rovnakým smerom. Existuje len jedna vec, ktorá dokáže odolávať expanzii na také obrovské vzdialenosti, a to je gravitácia.
Napríklad Andromeda sa od nás musí odsťahovať, ale o 4 miliardy rokov sa s ňou budeme musieť ... zraziť. Dostatočná hmotnosť môže odolávať expanzii. Najprv si vedci mysleli, že táto rýchlosť je spôsobená našou polohou na okraji takzvaného Miestneho superklastra.
Prečo je pre nás také ťažké vidieť tohto tajomného Veľkého priťahovateľa? Bohužiaľ, toto je naša vlastná galaxia, ktorá nám bráni vo výhľade. Cez pás Mliečnej dráhy nevidíme asi 20 % vesmíru. Náhodou sa dostane presne tam, kde je Veľký Priťahovač. Teoreticky je možné preniknúť týmto závojom pomocou röntgenových a infračervených pozorovaní, ale to nedáva jasný obraz.
Napriek týmto ťažkostiam sa zistilo, že v jednej oblasti Veľkého atraktora, vo vzdialenosti 150 miliónov svetelných rokov, sa nachádza galaktický Klaster Norma. Za ním je ešte masívnejšia superkopa, vzdialená 650 miliónov svetelných rokov, obsahujúca hmotnosť 10 XNUMX. galaxie, jedného z najväčších nám známych objektov vo vesmíre.
Vedci teda naznačujú, že Veľký priťahovač ťažisko veľa superkopy galaxií, vrátane našej - celkovo asi 100 objektov, ako napríklad Mliečna dráha. Existujú aj teórie, že ide o obrovskú zbierku temnej energie alebo oblasť s vysokou hustotou s obrovskou gravitačnou silou.
Niektorí výskumníci sa domnievajú, že je to len predzvesť konečného ... konca vesmíru. Veľká hospodárska kríza bude znamenať, že vesmír zhustne za niekoľko biliónov rokov, keď sa expanzia spomalí a začne sa obracať. Postupom času by to viedlo k supermasívu, ktorý by zjedol všetko vrátane seba.
Ako však vedci poznamenávajú, expanzia vesmíru nakoniec porazí silu Veľkého priťahovača. Naša rýchlosť smerom k nemu je len pätinovou rýchlosťou, akou sa všetko rozširuje. Obrovská lokálna štruktúra Laniakea (2), ktorej sme súčasťou, sa jedného dňa bude musieť rozplynúť, rovnako ako mnoho iných kozmických entít.
Piata sila prírody
Niečo, čo nevidíme, ale čo sa už neskoro vážne podozrieva, je takzvaný piaty náraz.
Objav toho, čo sa uvádza v médiách, zahŕňa špekulácie o hypotetickej novej častici so zaujímavým názvom. X17môže pomôcť vysvetliť záhadu temnej hmoty a temnej energie.
Sú známe štyri interakcie: gravitácia, elektromagnetizmus, silné a slabé atómové interakcie. Účinky štyroch známych síl na hmotu, od mikrosféry atómov až po kolosálny rozsah galaxií, sú dobre zdokumentované a vo väčšine prípadov pochopiteľné. Keď si však uvedomíte, že približne 96 % hmoty nášho vesmíru tvoria nejasné, nevysvetliteľné veci nazývané temná hmota a temná energia, nie je prekvapením, že vedci už dlho predpokladajú, že tieto štyri interakcie nepredstavujú všetko vo vesmíre. . pokračuje.
Pokus o opis novej sily, ktorej autorom je tím pod vedením Atila Krasnagorskaja (3), fyzika v Inštitúte pre jadrový výskum (ATOMKI) Maďarskej akadémie vied, o ktorej sme počuli minulú jeseň, nebola prvým náznakom existencie záhadných interakcií.
Tí istí vedci prvýkrát napísali o „piatej sile“ v roku 2016, po vykonaní experimentu na premenu protónov na izotopy, ktoré sú variantmi chemických prvkov. Vedci sledovali, ako protóny zmenili izotop známy ako lítium-7 na nestabilný typ atómu nazývaného berýlium-8.
3. Prof. Attila Krasnohorkai (vpravo)
Keď sa berýlium-8 rozpadlo, vytvorili sa páry elektrónov a pozitrónov, ktoré sa navzájom odpudzovali, čo spôsobilo, že častice vyletovali pod uhlom. Tím očakával, že uvidí koreláciu medzi svetelnou energiou vyžarovanou počas procesu rozpadu a uhlami, pod ktorými sa častice rozletujú. Namiesto toho boli elektróny a pozitróny vychýlené o 140 stupňov takmer sedemkrát častejšie, ako predpovedali ich modely, čo je neočakávaný výsledok.
„Všetky naše poznatky o viditeľnom svete možno opísať pomocou takzvaného štandardného modelu časticovej fyziky,“ píše Krasnagorkay. „Neposkytuje však žiadne častice ťažšie ako elektrón a ľahšie ako mión, ktorý je 207-krát ťažší ako elektrón. Ak nájdeme novú časticu vo vyššie uvedenom hmotnostnom okne, znamenalo by to nejakú novú interakciu, ktorá nie je zahrnutá v štandardnom modeli.
Záhadný objekt dostal názov X17 kvôli jeho odhadovanej hmotnosti 17 megaelektrónvoltov (MeV), čo je asi 34-násobok hmotnosti elektrónu. Výskumníci sledovali rozpad trícia na hélium-4 a opäť pozorovali zvláštny diagonálny výboj, ktorý naznačuje časticu s hmotnosťou asi 17 MeV.
"Fotón sprostredkúva elektromagnetickú silu, gluón sprostredkuje silnú silu a bozóny W a Z sprostredkúvajú slabú silu," vysvetlil Krasnahorkai.
„Naša častica X17 musí sprostredkovať novú interakciu, piatu. Nový výsledok znižuje pravdepodobnosť, že prvý experiment bola len náhoda, alebo že výsledky spôsobili systémovú chybu.“
Temná hmota pod nohami
Z veľkého Vesmíru, z nejasnej ríše hádaniek a tajomstiev veľkej fyziky, vráťme sa na Zem. Stojíme tu pred pomerne prekvapivým problémom... s videním a presným zobrazením všetkého, čo je vo vnútri (4).
Pred pár rokmi sme v MT písali o tajomstvo zemského jadraže s jeho vznikom súvisí paradox a nie je presne známe, aká je jeho povaha a štruktúra. Máme metódy ako testovanie s seizmické vlny, sa podarilo vyvinúť aj model vnútornej štruktúry Zeme, pre ktorý existuje vedecká zhoda.
však v porovnaní so vzdialenými hviezdami a galaxiami je napríklad naše chápanie toho, čo sa skrýva pod našimi nohami, slabé. Vesmírne objekty, aj tie veľmi vzdialené, jednoducho vidíme. To isté sa nedá povedať o jadre, vrstvách plášťa a dokonca ani o hlbších vrstvách zemskej kôry..
K dispozícii je len najpriamejší výskum. Horské údolia odkrývajú skaly hlboké až niekoľko kilometrov. Najhlbšie prieskumné vrty siahajú do hĺbky niečo vyše 12 km.
Informácie o horninách a mineráloch, ktoré budujú hlbšie, poskytujú xenolity, t.j. úlomky hornín vytrhávané a odnášané z útrob Zeme v dôsledku vulkanických procesov. Na ich základe dokážu petrológovia určiť zloženie minerálov do hĺbky niekoľko stoviek kilometrov.
Polomer Zeme je 6371 km, čo nie je jednoduchá cesta pre všetkých našich „infiltrátorov“. Pre obrovský tlak a teplotu dosahujúcu okolo 5 stupňov Celzia je ťažké očakávať, že najhlbšie vnútro bude v dohľadnej dobe prístupné na priame pozorovanie.
Ako teda vieme, čo vieme o štruktúre vnútra Zeme? Takúto informáciu poskytujú seizmické vlny generované zemetraseniami, t.j. elastické vlny šíriace sa v elastickom prostredí.
Svoj názov dostali podľa toho, že sú generované údermi. V elastickom (horskom) prostredí sa môžu šíriť dva typy elastických (seizmických) vĺn: rýchlejšie – pozdĺžne a pomalšie – priečne. Prvé sú oscilácie prostredia prebiehajúce pozdĺž smeru šírenia vĺn, zatiaľ čo pri priečnych osciláciách prostredia prebiehajú kolmo na smer šírenia vĺn.
Ako prvé sa zaznamenávajú pozdĺžne vlny (lat. primae) a ako druhé sa zaznamenávajú priečne vlny (lat. secundae), preto ich tradičné označovanie v seizmológii – pozdĺžne vlny p a priečne s. P-vlny sú asi 1,73-krát rýchlejšie ako s.
Informácie poskytované seizmickými vlnami umožňujú zostaviť model vnútra Zeme na základe elastických vlastností. Ďalšie fyzikálne vlastnosti môžeme definovať na základe gravitačné pole (hustota, tlak), pozorovanie magnetotelurické prúdy vznikajúce v zemskom plášti (distribúcia elektrickej vodivosti) príp rozklad tepelného toku Zeme.
Petrologické zloženie možno určiť porovnaním s laboratórnymi štúdiami vlastností minerálov a hornín v podmienkach vysokých tlakov a teplôt.
Zem vyžaruje teplo a nie je známe, odkiaľ pochádza. Nedávno sa objavila nová teória týkajúca sa najnepolapiteľnejších elementárnych častíc. Verí sa, že dôležité kľúče k záhade tepla vyžarujúceho z našej planéty môže poskytnúť príroda. neutrína - častice extrémne malej hmotnosti - emitované rádioaktívnymi procesmi prebiehajúcimi v útrobách Zeme.
Hlavnými známymi zdrojmi rádioaktivity sú nestabilné tórium a draslík, aké poznáme zo vzoriek hornín až 200 km pod zemským povrchom. Čo leží hlbšie, je už neznáme.
Vieme to geoneutrino tie, ktoré sa emitujú pri rozpade uránu, majú viac energie ako tie, ktoré sa vylúčia pri rozpade draslíka. Meraním energie geoneutrín teda vieme zistiť, z akého rádioaktívneho materiálu pochádzajú.
Bohužiaľ, geoneutrína je veľmi ťažké odhaliť. Preto si ich prvé pozorovanie v roku 2003 vyžiadalo obrovský podzemný detektor naplnený cca. ton kvapaliny. Tieto detektory merajú neutrína detekciou zrážok s atómami v kvapaline.
Odvtedy boli geoneutrína s použitím tejto technológie pozorované iba v jednom experimente (5). Ukazujú to obe merania Asi polovicu tepla Zeme z rádioaktivity (20 terawattov) možno vysvetliť rozpadom uránu a tória. Zdroj zvyšných 50%... zatiaľ nie je známe aký.
5. Modelová mapa intenzity emisií geoneutrín na Zemi - prognózy
V júli 2017 sa začalo s výstavbou budovy, známej aj ako PIESOČNÁ DUNAdokončenie je naplánované na rok 2024. Zariadenie sa bude nachádzať takmer 1,5 km pod zemou v bývalom Homestack v Južnej Dakote.
Vedci plánujú použiť DUNU na zodpovedanie najdôležitejších otázok modernej fyziky dôkladným štúdiom neutrín, jednej z najmenej pochopených základných častíc.
V auguste 2017 publikoval medzinárodný tím vedcov v časopise Physical Review D článok, v ktorom navrhuje pomerne inovatívne využitie DUNE ako skenera na štúdium vnútra Zeme. K seizmickým vlnám a vrtom by sa pridala nová metóda skúmania vnútra planéty, ktorá by nám možno ukázala jej úplne nový obraz. To je však zatiaľ len nápad.
Z kozmickej temnej hmoty sme sa dostali do vnútra našej planéty, pre nás nemenej temnej. a nepreniknuteľnosť týchto vecí je znepokojujúca, ale nie taká ako úzkosť, že nevidíme všetky objekty, ktoré sú relatívne blízko k Zemi, najmä tie, ktoré sú v ceste zrážky so Zemou.
To je však trochu iná téma, ktorú sme nedávno podrobne rozoberali v MT. Naša túžba rozvíjať metódy pozorovania je plne opodstatnená vo všetkých súvislostiach.
