Общ

Великите мистерии на тъмната материя и тъмната енергия


Една от най-озадачаващите загадки за Вселената е просто „къде е всичко?“

Всичко, което можем да видим, да намерим или да взаимодействаме, се състои от частици, които най-вече разбираме като фотони, електрони, кварки и глюони.

И все пак, когато погледнем към по-големия космически океан около нас, откриваме, че всичко това съставлява малко под 5% от Вселената; останалото е невиждано. Наричаме липсващите компоненти тъмна енергия (68%) и тъмна материя (27%), но тук е нещото ...

Всъщност не знаем какви са те.

Има обаче няколко спазващи се теории, базирани на това, което знаем за тези неща. Освен това има много неща, които можем да кажем със сигурност за тези неуловими енергии благодарение на брилянтната комбинирана работа на хиляди учени.

Какво всъщност знаем?

Има толкова много неща, за които не знаем тъмна материя и тъмна енергия, но има много неща, които можем окончателно да кажем за тях.

Забелязахме, че тъмната енергия влияе върху разширяването на Вселената, като става все по-забележима и забележима преди около 6 до 9 милиарда години.

Изглежда, че е еднакъв във всички посоки, тъй като има постоянна енергийна плътност във времето и не се натрупва или натрупва с материя, което показва, че е еднакво в цялото пространство.

Когато разглеждаме как се разширява Вселената, тъмната енергия е абсолютно необходима, като приблизително 68% от общата енергия на Вселената в момента съществува под формата на тъмна енергия.

Тъмната материя, от друга страна, е показала своите ефекти върху цялата 13,8 милиарда годишна история на нашата Вселена. Голямата космическа мрежа на структурата, от най-ранните времена до наши дни, изисква тъмната материя да съществува в около пет пъти по-голямо количество от нормалната материя.

Тъмната материя се натрупва и струпва и нейните ефекти могат да се видят при образуването на най-ранните квазари, галактики и газови облаци.

Още преди това гравитационните ефекти на тъмната материя се проявяват в най-ранната светлина от Вселената: космическият микровълнов фон или остатъците от сиянието от Големия взрив.

Моделът на несъвършенствата изисква Вселената да е изградена от около 27% тъмна материя, в сравнение с само 5% нормална материя. Без него всичко, което наблюдаваме, би било невъзможно да се обясни.

Но означава ли това непременно, че тъмната материя и тъмната енергия са създадени още в момента на Големия взрив? Или има други възможности?

Трудното при Вселената е, че можем да видим само частите от нея, които са достъпни за нас днес. Когато ефектът е твърде малък, за да се види - например когато други ефекти са по-важни - можем да направим само изводи, а не солидни заключения.

Където проблемите са в тъмната енергия:

Ефектите, твърде малки, за да бъдат забелязани, стават особено проблематични за тъмната енергия. С разширяването на Вселената тя се разрежда; обемът се увеличава, докато общият брой на частиците в него остава същият.

Плътността на материята (както нормална, така и тъмна) намалява, но плътността на тъмната енергия остава постоянна.

Нашата Вселена може да бъде тъмна енергия доминирана днес, но това е сравнително скорошно събитие. В миналото Вселената беше по-малка и по-плътна, което означава, че плътността на материята беше много по-висока.

Преди около 6 милиарда години плътността на материята и тъмната енергия бяха равни; преди около 9 милиарда години, плътността на тъмната енергия е достатъчно ниска, че нейните ефекти върху скоростта на разширяване на Вселената не са били забележими.

Колкото по-далеч екстраполираме във времето (или размера / мащаба на Вселената), толкова по-трудно става да видим и измерим ефектите на тъмната енергия.

Доколкото ни е възможно, изглежда, че тъмната енергия има абсолютно постоянна енергийна плътност.

Можем да използваме данните, които имаме, за да ограничим уравнението на състоянието на тъмната енергия, параметризирано от величина, известна катоw. Ако тъмната енергия е точно космологична константа, тогаваw = -1, точно и не се променя с времето.

Това не означава непременно, че тъмната енергия винаги е съществувала с постоянна енергийна плътност. То бих могъл се променят с течение на времето, стига да се променят в рамките на някои наблюдателни ограничения.

Може да има връзкамежду тъмната енергия и първоначалното разширение на Вселената преди Големия взрив, известно като космическа инфлация, което е идеята зад полетата на квинтесенцията (концепция, толкова сложна, че няма да я докоснем с 10-футов полюс).

Или тъмната енергия може да бъде ефект, който не е съществувал в най-ранните етапи на Вселената и се е проявил много по-скоро.

Нямаме доказателства, които да говорят по един или друг начин за присъствието или отсъствието на тъмната енергия през първите 4 милиарда години от историята на Вселената.

Имаме основателни причини да предположим, че това не се е променило, но не и сигурността на наблюдението, за да го подкрепим. Което със сигурност е довело не само няколко астрофизици до ръба на лудостта?

Тъмната реалност на Dark Matter:

За разлика от Тъмната енергия, Тъмната материя трябва да е съществувала практически от самото начало.

Моделът на колебанията, който виждаме във фоновото излъчване, е най-ранните доказателства за тъмната материя в нашата Вселена, датиращи от приблизително 380 000 години след Големия взрив.

Най-интересното е, че вече е отпечатано в този модел на върхове и долини е това критично съотношение 5 към 1 с нормална материя.

Тъмната материя не само осигурява семената на структурата, което кара все повече и повече тъмна материя да попада в свръх-плътните региони (и да се губи от по-плътните региони), но го прави от най-ранните етапи във Вселената .

Това обаче не означава непременно, че тъмната материя е присъствала в момента на Големия взрив.

Тъмната материя би могла да бъде създадена в момента, в който приключи инфлацията; би могло да бъде създадено от високоенергийни взаимодействия, които се проведоха непосредствено след това; дори можеше да възникне от частици в енергийните скали на Великата обединяваща теория много по-късно.

Ние просто не знаем.

Без да знаем какво точно е тъмната материя - включително дали изобщо е частица или не - не можем да кажем с никаква сигурност кога точно е възникнала.

Но от измерванията на мащабната структура на Вселената, включително подписите, отпечатани в най-ранната картина от всички, можем да бъдем абсолютно сигурни, че тъмната материя е възникнала в най-ранните етапи на Големия взрив и вероятно в самото начало от всичко това.

Тъмната енергия може да е била през цялото време или може да се е появила много по-късно. По-късното изглежда много по-вероятно, тъй като има съществено изследване на идеята, че само когато се образува сложна структура, тъмната енергия възниква и става важна във Вселената.

Чакай - всъщност знаем ли нещо?

Голямото предизвикателство за съвременната космология е да разкрие естеството на тези липсващи компоненти на Вселената. Ако можем да направим точно това, ще започнем да разбираме кога и как са възникнали тъмната материя и тъмната енергия.

Това, което можем да кажем със сигурност е, че в много ранните етапи радиацията е била доминиращият компонент на Вселената, като винаги са присъствали малки количества нормална материя.

Тъмната материя може да е възникнала в самото начало или може да е възникнала малко по-късно, но все още много рано. В момента се смята, че тъмната енергия винаги е била там, но е станала важна и откриваема едва когато Вселената е била на милиарди години.

Определянето на останалото е задача за нашето научно бъдеще.


Гледай видеото: Кой построи пирамидите и създаде последната цивилизация? (Юли 2021).