Què és la matèria negra? Teoria de la matèria fosca

Quin va ser el primer: un ou o un pollastre? Sobre aquesta simple pregunta, científics de tot el món han estat lluitant durant dècades. Una pregunta similar sorgeix sobre el que estava al principi, en el moment de la creació de l'univers. I va ser, aquesta creació, o són els universos cíclics o infinits? Què és la matèria negra a l'espai i com es diferencia de la matèria blanca? Deixant de banda un religió diferent, tractem d'apropar les respostes a aquestes preguntes des d'un punt de vista científic. En els darrers anys, els científics han pogut fer coses increïbles. Probablement, per primera vegada en la història, els càlculs dels físics teòrics coincidien amb els càlculs dels físics experimentals. S'han presentat diferents teories a la comunitat científica al llarg dels anys. Més o menys amb precisió, empíricament, de vegades quasi-científic, però les dades calculades teòricament van ser confirmades per experiments, fins i tot amb un retard de no més d'una dotzena d'anys (el bosó de Higgs, per exemple).

Matèria fosca : energia negra

Hi ha moltes teories, per exemple: la teoria Strun, la teoria del Big Bang, la teoria dels universos cíclics, la teoria dels universos paral·lels, la dinàmica newtoniana modificada (MOND), la teoria de l'univers estacionari de F. Hoyle i d'altres. No obstant això, en l'actualitat la teoria de l'Univers en constant expansió i evolució, que les tesis es corresponen perfectament dins del concepte de Big Bang, generalment és acceptat. Al mateix temps, quasi-empíriques (és a dir, experimentalment, però amb grans toleràncies i basades en les teories modernes existents de l'estructura del micromundo), hem obtingut dades que totes les micropartícules conegudes són només el 4,02% del volum total de tota la composició de l'univers. Aquest és l'anomenat "cocktail barion" o matèria bariònica. No obstant això, la part principal del nostre univers (més del 95%) són substàncies d'un pla diferent, composició i propietats diferents. Aquesta és l'anomenada matèria negra i energia negra. Es comporten de manera diferent: reaccionen de manera diferent a diversos tipus de reaccions, no són fixats per mitjans tècnics existents, presenten propietats que no s'han estudiat abans. D'això es pot concloure que aquestes substàncies estan subjectes a altres lleis de la física (la física de Neneton, un anàleg verbal de la geometria no euclidiana), o el nostre nivell de desenvolupament de la ciència i la tecnologia només es troba en l'etapa inicial de la seva formació.

Què són les bariones?

Segons el model quark-gluon actualment existent d'interaccions fortes, les partícules elementals són només setze (i el recent descobriment del bosó d'Higgs ho confirma): sis tipus (sabors) de quarks, vuit gluons i dos bosons. Els barions són partícules elementals pesades amb fortes interaccions. Els més famosos són quarks, un protó i un neutró. Les famílies d'aquestes substàncies, que difereixen a l'esquena, a les masses, en el seu "color" i en el nombre de "fascinació" i "estranyesa", són només els maons del que anomenem matèria bariònica. La matèria negra (fosca), que és del 21,8% de la composició total de l'univers, consta d'altres partícules que no emeten radiació electromagnètica i que no reaccionen amb ella. Per tant, per a l'observació directa, com a mínim, i més encara per al registre d'aquestes substàncies, primer cal comprendre la seva física i acordar les lleis a què estan subjectes. Molts científics moderns es dediquen actualment a aquest assumpte en instituts de recerca de diferents països.

L'opció més probable

Què es consideren possibles substàncies? Per començar, cal assenyalar que només hi ha dues opcions possibles. Segons GR i SRT (Teoria General i Especial de la Relativitat), aquesta substància pot contenir matèria fosca barionica i no bariónica (negre) en la seva composició. Segons la teoria bàsica del Big Bang, qualsevol matèria existent està representada en forma de bariones. Aquesta tesi es demostra amb la màxima precisió. En l'actualitat, els científics han après a arreglar partícules formades un minut després de la ruptura de la singularitat, és a dir, després de l'explosió de l'estat superdens de la matèria, amb la massa del cos tendint a l'infinit i les dimensions del cos tendint a zero. És probable que hi hagi un escenari amb partícules bariòniques, ja que és d'elles que el nostre univers està format i a través d'elles continua expandint-se. La matèria negra, d'acord amb aquesta hipòtesi, consisteix en les partícules bàsiques, generalment acceptades per la física newtoniana, però per alguna raó interactuant feblement de manera electromagnètica. És per això que els detectors no els solucionen.

No tot és tan suau

Aquest escenari respon a molts científics, però encara hi ha més preguntes que respostes. Si la matèria blanca i negra només està representada per barions, llavors la concentració de bariones lleugeres com a percentatge del pesat, com a resultat de la nucleosíntesis primària, hauria de ser diferent en els objectes astronòmics originals de l'univers. Sí, i experimentalment, a la nostra galàxia d'equilibri no hi ha prou quantitat d'objectes de gravetat grans, com ara forats negres o estrelles de neutrons, per equilibrar la massa d'halo de la nostra Via Làctia. No obstant això, les mateixes estrelles de neutrons, halos galàctics foscos, forats negres , nans blancs, negres i marrons (estrelles en diferents etapes del seu cicle de vida) són més probablement inclosos en la matèria fosca que constitueix matèria fosca. L'energia negra també pot complementar el seu embotit, inclosos els objectes hipotètics previstos, com ara preon, quark i Q-stars.

Candidats no barionistes

El segon escenari implica un començament no barionista. Aquí, diversos tipus de partícules poden actuar com a candidats. Per exemple, els neutrinos lleugers, l'existència dels quals ja ha estat provat pels científics. No obstant això, la seva massa, en ordre d'una centèsima a una deu-mil·lèsimes d'eV (electrons volts), pràcticament els exclou de possibles partícules a causa de la inestabilitat de la densitat crítica necessària. Però els neutrinos pesats, emparellats amb leptons pesats, pràcticament no es manifesten en interaccions febles en condicions normals. Aquests neutrins es diuen estèrils, amb la seva massa màxima de fins a una desena part d'eV són més propensos a qualificar com a candidats a partícules de matèria fosca. Els axions i els cosmons es van introduir artificialment en equacions físiques per resoldre problemes en la cromodinàmica quàntica i en el model estàndard. Juntament amb una altra partícula supersimètrica estable (SUSY-LSP), poden reclamar candidats, ja que no participen en interaccions electromagnètiques i fortes. Tanmateix, a diferència dels neutrins, encara són hipotètics, la seva existència encara s'ha de demostrar.

La teoria de la matèria negra

La falta de massa a l'univers dóna lloc a diferents teories sobre aquesta puntuació, algunes de les quals són bastant coherents. Per exemple, la teoria que la gravetat ordinària no és capaç d'explicar la rotació estranya i exorbitant d'estrelles en galàxies espirals. A aquestes velocitats, simplement anaven més enllà, si no per alguna força de restricció, que encara no és possible registrar-se. Altres tesis de les teories expliquen la impossibilitat d'obtenir WIMPs (partícules massives d'interaccions electròniques que són socis de subpartícules elementals, supersimètriques i super pesades, és a dir, candidats ideals) sota condicions terrestres, per la qual cosa viuen en una dimensió nativa diferent a la nostra, tridimensional. Segons la teoria Kaluza-Klein, aquestes mesures són inaccessibles per a nosaltres.

Estrelles variables

Una altra teoria descriu com les estrelles variables i la matèria negra interactuen entre si. La brillantor d'aquesta estrella pot canviar no només a causa dels processos metafísics que es produeixen a l'interior (pulsació, activitat cromosfèrica, emissió de prominències, desbordament i eclipsis en sistemes d'estrelles binaris, explosió de supernova), sinó també a causa de les propietats anormals de la matèria fosca.

Motor VARP

Segons una de les teories, la matèria fosca pot ser utilitzada com a combustible per a motors subespacios de naus espacials que treballen en un WARP-Engine hipotètic (WARP Engine). Potencialment, aquests motors permeten que el vaixell es mogui a velocitats que superin la velocitat de la llum. Teòricament, són capaços de curvar l'espai abans i després del vaixell i moure'l-hi fins i tot més ràpid que una ona electromagnètica que s'accelera al buit. El propi vaixell no s'accelera localment, només el camp espacial que hi ha al davant està corbat. En moltes històries fantàstiques, aquesta tecnologia s'utilitza, per exemple, a la saga Star Trek.

Generació en condicions terrestres

Els intents de generar i rebre matèria negra a la terra encara no van conduir a l'èxit. En l'actualitat, s'estan realitzant experiments al LHC (Great Andronn Collider), exactament on es va registrar el bosó Higgs per primera vegada, a més d'altres menys poderosos, inclosos els colidants lineals, a la recerca d'associats estables però electromagnèticament feblement de partícules elementals. No obstant això, ni fotino, ni gravitino, ni Higzino, ni snejtrino (neutral), ni altres WIMP (WIMP) encara no s'han rebut. Segons una valoració preliminar precoç dels científics, per obtenir un mil·ligramat de matèria fosca en condicions terrestres, es necessita l'equivalent a l'energia consumida als EUA durant l'any.