Hlutir sem eru ósýnilegir eins og er

Hlutirnir sem vísindin vita og sjá eru aðeins lítill hluti af því sem líklega er til. Auðvitað eiga vísindi og tækni ekki að taka "sýn" bókstaflega. Þó að augu okkar sjái þau ekki hafa vísindin lengi getað „séð“ hluti eins og loft og súrefnið sem það inniheldur, útvarpsbylgjur, útfjólubláu ljós, innrauða geislun og frumeindir.

Við sjáum líka í vissum skilningi andefniþegar það hefur ofbeldi í samskiptum við venjulegt efni, og það er almennt erfiðara vandamál, því þó að við sáum þetta í áhrifum samspils, í heildrænni skilningi, sem titring, þá var það fáránlegt fyrir okkur þar til 2015.

Hins vegar, í vissum skilningi, „sjáum“ við samt ekki þyngdarafl, vegna þess að við höfum ekki enn uppgötvað einn einasta burðarbera þessarar víxlverkunar (þ.e. þyngdarafl). Hér er rétt að minnast á að nokkur hliðstæða er á milli sögu þyngdaraflsins og .

Við sjáum virkni þess síðarnefnda, en við fylgjumst ekki beint með henni, við vitum ekki í hverju hún felst. Hins vegar er grundvallarmunur á þessum „ósýnilegu“ fyrirbærum. Enginn hefur nokkurn tíma efast um þyngdarafl. En með hulduefni (1) er það öðruvísi.

Hvernig g dimm orkasem er sagt innihalda meira en hulduefni. Tilvist þess var ályktað sem tilgáta byggð á hegðun alheimsins í heild. Að „sjá“ það er líklegt til að vera enn erfiðara en hulduefni, þó ekki væri nema vegna þess að sameiginleg reynsla okkar kennir okkur að orka, í eðli sínu, er áfram eitthvað sem er minna aðgengilegt fyrir skilningarvit (og athugunartæki) en efni.

Samkvæmt nútímaforsendum ættu báðar dökku að vera 96% af innihaldi þess.

Þannig að í raun er meira að segja alheimurinn sjálfur að mestu ósýnilegur okkur, svo ekki sé minnst á að þegar kemur að takmörkum hans, þá þekkjum við aðeins þau sem ákvarðast af athugun manna, en ekki þau sem væru raunverulegu öfgar hans - ef þau eru til. yfirleitt.

Eitthvað er að toga okkur með allri vetrarbrautinni

Ósýnileiki sumra hluta í geimnum getur verið skelfilegur, eins og sú staðreynd að 100 nágrannavetrarbrautir eru stöðugt að færast í átt að dularfullum stað í alheiminum sem kallast Frábær aðdráttarafl. Þetta svæði er í um 220 milljón ljósára fjarlægð og vísindamenn kalla það þyngdarafbrigði. Talið er að aðdráttaraflið mikli hafi massa fjórmilljóna sóla.

Við skulum byrja á því að það er að stækka. Þetta hefur gerst síðan Miklahvell og núverandi hraði þessa ferlis er áætlaður 2,2 milljónir kílómetra á klukkustund. Þetta þýðir að vetrarbrautin okkar og Andromeda vetrarbrautin hennar hljóta líka að vera á þessum hraða, ekki satt? Eiginlega ekki.

Á áttunda áratugnum bjuggum við til nákvæm kort af geimnum. Örbylgjuofn bakgrunnur (CMB) alheimsins og við tókum eftir því að önnur hlið Vetrarbrautarinnar er hlýrri en hin. Munurinn var innan við hundraðasti úr gráðu á Celsíus en það var nóg til að við skildum að við færumst á 600 km hraða á sekúndu í átt að stjörnumerkinu Centaurus.

Nokkrum árum síðar komumst við að því að ekki aðeins við heldur allir innan við hundrað milljónir ljósára frá okkur færumst í sömu átt. Það er aðeins eitt sem getur staðist útþenslu yfir svo miklar vegalengdir, og það er þyngdaraflið.

Andrómeda þarf til dæmis að hverfa frá okkur en eftir 4 milljarða ára verðum við að ... rekast á hana. Nægur massi getur staðist stækkun. Í fyrstu töldu vísindamenn að þessi hraði stafaði af staðsetningu okkar í útjaðri hins svokallaða Local Supercluster.

Hvers vegna er svona erfitt fyrir okkur að sjá þennan dularfulla aðdráttarafl? Því miður er þetta okkar eigin vetrarbraut sem hindrar sýn okkar. Í gegnum belti Vetrarbrautarinnar getum við ekki séð um 20% af alheiminum. Það vill svo til að hann fer nákvæmlega þangað sem aðdráttaraflið mikli er. Það er fræðilega hægt að komast í gegnum þessa hulu með röntgen- og innrauðum athugunum, en það gefur ekki skýra mynd.

Þrátt fyrir þessa erfiðleika kom í ljós að á einu svæði í Great Atttractor, í 150 milljón ljósára fjarlægð, er vetrarbraut. Klasi Norma. Á bak við hana er enn massameiri ofurþyrping, í 650 milljón ljósára fjarlægð, sem inniheldur 10 massa. vetrarbraut, eitt stærsta fyrirbæri alheimsins sem við vitum um.

Svo, vísindamenn benda til þess að Mikli aðdráttarafl þyngdarstöð margar ofurþyrpingar vetrarbrauta, þar á meðal okkar - um 100 fyrirbær alls, eins og Vetrarbrautin. Það eru líka kenningar um að það sé risastórt safn af myrkri orku eða svæði með miklum þéttleika með miklu þyngdarkrafti.

Sumir vísindamenn telja að þetta sé bara forsmekkurinn að loka ... enda alheimsins. Kreppan mikla mun þýða að alheimurinn mun þykkna á nokkrum billjónum árum, þegar hægir á útþenslunni og fer að snúast við. Með tímanum myndi þetta leiða til ofurmass sem myndi éta allt, þar á meðal sjálft sig.

Hins vegar, eins og vísindamenn hafa tekið fram, mun útþensla alheimsins að lokum sigra mátt hins mikla aðdráttarafls. Hraði okkar í átt að því er aðeins fimmtungur af hraðanum sem allt stækkar á. Hin mikla staðbundna uppbygging Laniakea (2) sem við erum hluti af mun einn daginn verða að hverfa, eins og margar aðrar kosmískar einingar.

Fimmta afl náttúrunnar

Eitthvað sem við getum ekki séð, en hefur verið grunaður um alvarlegan upp á síðkastið, er svokallað fimmta högg.

Uppgötvun þess sem verið er að segja frá í fjölmiðlum felur í sér vangaveltur um ímyndaða nýja ögn með forvitnilegu nafni. X17getur hjálpað til við að útskýra leyndardóm hulduefnis og myrkraorku.

Fjórar víxlverkanir eru þekktar: þyngdarafl, rafsegulsvið, sterk og veik frumeindavíxlverkun. Áhrif hinna fjögurra þekktu krafta á efni, allt frá örheimi atóma til risastórs mælikvarða vetrarbrauta, eru vel skjalfest og í flestum tilfellum skiljanleg. Hins vegar, þegar þú hefur í huga að u.þ.b. 96% af massa alheimsins okkar samanstendur af óljósum, óútskýranlegum hlutum sem kallast hulduefni og hulduorka, kemur það ekki á óvart að vísindamenn hafi lengi grunað að þessi fjögur víxlverkun tákni ekki allt í alheiminum . heldur áfram.

Tilraun til að lýsa nýju afli, höfundur þess er lið undir forystu Attila Krasnagorskaya (3), eðlisfræðin hjá kjarnorkurannsóknastofnuninni (ATOMKI) ungversku vísindaakademíunnar sem við heyrðum um síðasta haust var ekki fyrsta vísbendingin um að dularfull öfl væru til.

Sömu vísindamenn skrifuðu fyrst um „fimmta kraftinn“ árið 2016, eftir að hafa gert tilraun til að breyta róteindum í samsætur, sem eru afbrigði af efnafræðilegum frumefnum. Rannsakendur horfðu á þegar róteindir breyttu samsætu sem kallast litíum-7 í óstöðuga gerð atóms sem kallast beryllium-8.

3. Prófessor. Attila Krasnohorkai (hægri)

Þegar beryllium-8 rotnaði mynduðust pör af rafeindum og positrónum sem hrinda hvor annarri frá sér og urðu til þess að agnirnar fljúga út í horn. Hópurinn bjóst við að sjá fylgni á milli ljósorkunnar sem gefin er út við rotnunarferlið og hornanna sem agnirnar fljúga í sundur. Þess í stað beygðust rafeindir og positrons 140 gráður næstum sjö sinnum oftar en líkön þeirra spáðu, óvænt niðurstaða.

„Allri þekkingu okkar um hinn sýnilega heim er hægt að lýsa með því að nota svokallaða staðallíkan agnaeðlisfræði,“ skrifar Krasnagorkay. „Hins vegar sér það ekki fyrir neinum ögnum sem eru þyngri en rafeind og léttari en múon, sem er 207 sinnum þyngri en rafeind. Ef við finnum nýja ögn í massaglugganum hér að ofan, myndi þetta benda til einhverrar nýrrar víxlverkunar sem ekki er innifalinn í staðlaða líkaninu.

Hinn dularfulli hlutur er nefndur X17 vegna áætlaðs massa hans upp á 17 megarafeindavolta (MeV), um það bil 34 sinnum meiri en rafeind. Rannsakendur horfðu á rotnun trítíums í helíum-4 og sáu enn og aftur undarlega ská útskrift, sem gefur til kynna ögn með massa um 17 MeV.

"Leindin miðlar rafsegulkraftinum, glúóninn miðlar sterka kraftinum og W og Z bósónin miðla veika kraftinum," útskýrði Krasnahorkai.

„Ögnin okkar X17 verður að miðla nýju samspili, þeirri fimmtu. Nýja niðurstaðan dregur úr líkum á því að fyrsta tilraunin hafi bara verið tilviljun, eða að niðurstöðurnar hafi valdið kerfisvillu.“

Myrkt efni undir fótum

Frá hinum mikla alheimi, frá óljósu ríki gáta og leyndardóma mikillar eðlisfræði, skulum við snúa aftur til jarðar. Við stöndum frammi fyrir frekar óvæntu vandamáli hér... við að sjá og sýna nákvæmlega allt sem er inni (4).

Fyrir nokkrum árum skrifuðum við í MT um leyndardómurinn um kjarna jarðarað þversögn tengist sköpun hennar og ekki er vitað nákvæmlega hvert eðli hennar og uppbygging er. Við höfum aðferðir eins og að prófa með skjálftabylgjur, tókst einnig að þróa líkan af innri uppbyggingu jarðar, sem vísindalegt samkomulag er um.

þó miðað við fjarlægar stjörnur og vetrarbrautir, til dæmis, er skilningur okkar á því sem liggur undir fótum okkar veikur. Geimhlutir, jafnvel mjög fjarlægir, sjáum við einfaldlega. Það sama er ekki hægt að segja um kjarnann, lögin í möttlinum eða jafnvel dýpri lög jarðskorpunnar..

Aðeins beinustu rannsóknir eru tiltækar. Fjalladalir afhjúpa grjót allt að margra kílómetra djúpt. Dýpstu rannsóknarholurnar ná á rúmlega 12 km dýpi.

Upplýsingar um berg og steinefni sem byggja dýpri eru veitt af xenólítum, þ.e. steinabrot rifin út og borin burt úr iðrum jarðar vegna eldfjallaferla. Á grundvelli þeirra geta jarðefnafræðingar ákvarðað samsetningu steinefna niður á nokkur hundruð kílómetra dýpi.

Radíus jarðar er 6371 km, sem er ekki auðveld leið fyrir alla okkar „innfiltrana“. Vegna gífurlegs þrýstings og hitastigs sem nær um 5 gráðum á Celsíus er erfitt að búast við því að dýpstu innanrýmið verði aðgengilegt fyrir beina athugun í fyrirsjáanlegri framtíð.

Svo hvernig vitum við hvað við vitum um uppbyggingu innra jarðar? Slíkar upplýsingar koma frá jarðskjálftabylgjum sem myndast við jarðskjálfta, þ.e. teygjanlegar bylgjur sem breiðast út í teygjanlegum miðli.

Þeir fengu nafn sitt af því að þeir eru búnir til af höggum. Tvær tegundir af teygjanlegum (skjálftabylgjum) geta breiðst út í teygjanlegum (fjalla) miðli: hraðar - langsum og hægari - þversum. Hinar fyrrnefndu eru sveiflur miðilsins sem eiga sér stað eftir útbreiðslustefnu bylgjunnar en í þversveiflum miðilsins verða þær hornrétt á útbreiðslustefnu bylgjunnar.

Lengdarbylgjur eru skráðar fyrst (lat. primae), og þverbylgjur eru skráðar í öðru lagi (lat. secundae), þess vegna hefðbundin merking þeirra í jarðskjálftafræði - lengdarbylgjur p og þversum s. P-bylgjur eru um 1,73 sinnum hraðari en s.

Upplýsingarnar sem skjálftabylgjur veita gera það mögulegt að smíða líkan af innri jörðu sem byggir á teygjanlegum eiginleikum. Við getum skilgreint aðra eðliseiginleika út frá þyngdarsvið (þéttleiki, þrýstingur), athugun segulmagnsstraumar myndast í möttli jarðar (dreifing rafleiðni) eða niðurbrot á varmaflæði jarðar.

Hægt er að ákvarða bergfræðilega samsetningu með samanburði við rannsóknarstofurannsóknir á eiginleikum steinefna og steinda við aðstæður við háan þrýsting og hita.

Jörðin gefur frá sér hita og ekki er vitað hvaðan hann kemur. Nýlega hefur komið fram ný kenning sem tengist fátækustu frumkornunum. Talið er að mikilvægar vísbendingar um leyndardóminn um hitann sem geislar innan frá plánetunni okkar geti verið frá náttúrunni. neutrino - agnir af mjög litlum massa - sem geislavirkt er í iðrum jarðar.

Helstu þekktu uppsprettur geislavirkni eru óstöðugt tórium og kalíum eins og við þekkjum úr bergsýnum allt að 200 km undir yfirborði jarðar. Hvað liggur dýpra er þegar óþekkt.

Við vitum það geoneutrino þeir sem losna við rotnun úrans hafa meiri orku en þeir sem losna við rotnun kalíums. Þannig getum við fundið út úr hvaða geislavirku efni þeir koma, með því að mæla orku jarðeutrínóa.

Því miður er mjög erfitt að greina geoneutrínó. Þess vegna þurfti fyrstu athugun þeirra árið 2003 risastóran neðanjarðarskynjara fylltan með u.þ.b. tonn af vökva. Þessir skynjarar mæla neutrino með því að greina árekstra við atóm í vökva.

Síðan þá hafa geoneutrinos aðeins sést í einni tilraun með þessari tækni (5). Báðar mælingar sýna það Um helming af hita jarðar frá geislavirkni (20 terawött) má skýra með rotnun úrans og tóríums. Uppruni þeirra 50% sem eftir eru... ekki er enn vitað hvað.

5. Líkanskort af styrkleika jarðefnalosunar á jörðinni - spár

Í júlí 2017 hófust framkvæmdir við bygginguna, einnig þekkt sem DUNEáætluð verklok í kringum 2024. Aðstaðan verður staðsett tæplega 1,5 km neðanjarðar í fyrrum Homestack, Suður-Dakóta.

Vísindamenn hyggjast nota DUNE til að svara mikilvægustu spurningum nútíma eðlisfræði með því að rannsaka vandlega nitrino, eina af þeim grundvallareindum sem minnst er vitað um.

Í ágúst 2017 birti alþjóðlegur hópur vísindamanna grein í tímaritinu Physical Review D þar sem hann lagði til frekar nýstárlega notkun á DUNE sem skanna til að rannsaka innviði jarðar. Við jarðskjálftabylgjur og borholur bætist ný aðferð við að rannsaka innviði plánetunnar sem ef til vill myndi sýna okkur alveg nýja mynd af henni. Hins vegar er þetta bara hugmynd í bili.

Frá kosmísku hulduefninu komumst við inn í plánetuna okkar, ekki síður myrkur fyrir okkur. og ógegndræpi þessara hluta er óhugnanlegt, en ekki eins mikið og kvíðinn yfir því að við sjáum ekki alla hlutina sem eru tiltölulega nálægt jörðinni, sérstaklega þá sem eru í árekstri við hana.

Hins vegar er þetta aðeins annað efni, sem við ræddum nýlega ítarlega í MT. Löngun okkar til að þróa athugunaraðferðir er fullkomlega réttlætanleg í öllum samhengi.