Неща, които в момента са невидими

Нещата, които науката знае и вижда, са само малка част от това, което вероятно съществува. Разбира се, науката и технологиите не трябва да приемат „визията“ буквално. Въпреки че очите ни не ги виждат, науката отдавна е в състояние да „вижда“ неща като въздуха и кислорода, който съдържа, радиовълни, ултравиолетова светлина, инфрачервено лъчение и атоми.

Ние също виждаме в известен смисъл антиматериякогато насилствено взаимодейства с обикновената материя и това като цяло е по-труден проблем, защото въпреки че видяхме това в ефектите от взаимодействието, в по-холистичен смисъл, като вибрации, то беше неуловимо за нас до 2015 г.

Въпреки това, ние все още, в известен смисъл, не "виждаме" гравитацията, тъй като все още не сме открили нито един носител на това взаимодействие (т.е., например, хипотетична частица, наречена гравитон). Тук си струва да се спомене, че има известна аналогия между историята на гравитацията и .

Виждаме действието на последното, но не го наблюдаваме директно, не знаем в какво се състои то. Между тези „невидими“ явления обаче има фундаментална разлика. Никой никога не е поставял под съмнение гравитацията. Но с тъмната материя (1) е различно.

Как g тъмна енергияза която се казва, че съдържа дори повече от тъмна материя. Неговото съществуване беше изведено като хипотеза, основана на поведението на Вселената като цяло. „Виждането“ вероятно ще бъде дори по-трудно от тъмната материя, дори само защото нашият общ опит ни учи, че енергията, по самата си природа, остава нещо по-малко достъпно за сетивата (и инструменти за наблюдение) от материята.

Според съвременните предположения и двете тъмни трябва да съставляват 96% от съдържанието му.

Така че всъщност дори самата вселена е до голяма степен невидима за нас, да не говорим, че когато става въпрос за нейните граници, ние познаваме само онези, които са определени от човешкото наблюдение, а не онези, които биха били нейните истински крайности - ако съществуват изобщо.

Нещо ни дърпа заедно с цялата галактика

Невидимостта на някои неща в космоса може да бъде мъчителна, като например факта, че 100 съседни галактики непрекъснато се движат към мистериозна точка във Вселената, известна като Страхотен атрактор. Този регион е на около 220 милиона светлинни години и учените го наричат ​​гравитационна аномалия. Смята се, че Великият атрактор има маса от квадрилиони слънца.

Нека започнем с факта, че се разширява. Това се случва от Големия взрив и сегашната скорост на този процес се оценява на 2,2 милиона километра в час. Това означава, че нашата галактика и съседната й галактика Андромеда също трябва да се движат с тази скорост, нали? Не точно.

През 70-те години създадохме подробни карти на космоса. Микровълнов фон (CMB) Вселената и ние забелязахме, че едната страна на Млечния път е по-топла от другата. Разликата беше по-малко от една стотна от градуса по Целзий, но беше достатъчна, за да разберем, че се движим със скорост от 600 км в секунда към съзвездието Кентавър.

Няколко години по-късно открихме, че не само ние, но и всички в радиус от сто милиона светлинни години от нас, се движим в същата посока. Има само едно нещо, което може да устои на разширяване на такива огромни разстояния и това е гравитацията.

Андромеда, например, трябва да се отдалечи от нас, но след 4 милиарда години ще трябва... да се сблъскаме с нея. Достатъчната маса може да устои на разширяване. Първоначално учените смятаха, че тази скорост се дължи на местоположението ни в покрайнините на т. нар. Местен суперклъстер.

Защо ни е толкова трудно да видим този мистериозен Велик атрактор? За съжаление, това е нашата собствена галактика, която блокира погледа ни. През пояса на Млечния път не можем да видим около 20% от Вселената. Случва се така, че той отива точно там, където е Великият атрактор. Теоретично е възможно през този воал да се проникне с рентгенови и инфрачервени наблюдения, но това не дава ясна картина.

Въпреки тези трудности беше установено, че в един регион на Големия атрактор, на разстояние от 150 милиона светлинни години, има галактически Клъстер Норма. Зад него има още по-масивен суперклъстер, отдалечен на 650 милиона светлинни години, с маса от 10 XNUMX. галактика, един от най-големите познати ни обекти във Вселената.

И така, учените предполагат, че Великият атрактор център на тежестта много суперкупове от галактики, включително и нашата - общо около 100 обекта, като Млечния път. Има и теории, че това е огромна колекция от тъмна енергия или област с висока плътност с огромно гравитационно привличане.

Някои изследователи смятат, че това е само предвкусване на окончателния... край на Вселената. Голямата депресия ще означава, че Вселената ще се сгъсти след няколко трилиона години, когато разширяването се забави и започне да се обръща. С течение на времето това ще доведе до свръхмасив, който ще изяде всичко, включително себе си.

Въпреки това, както отбелязват учените, разширяването на Вселената в крайна сметка ще победи силата на Великия атрактор. Нашата скорост към него е само една пета от скоростта, с която всичко се разширява. Огромната локална структура на Ланиакея (2), от която сме част, един ден ще трябва да се разсее, както и много други космически същества.

Петата сила на природата

Нещо, което не можем да видим, но за което напоследък се подозира сериозно, е така нареченият пети удар.

Откриването на това, което се съобщава в медиите, включва спекулации за хипотетична нова частица с интригуващо име. X17може да помогне да се обясни мистерията на тъмната материя и тъмната енергия.

Известни са четири взаимодействия: гравитация, електромагнетизъм, силни и слаби атомни взаимодействия. Ефектите на четирите известни сили върху материята, от микро-царството на атомите до колосалния мащаб на галактиките, са добре документирани и в повечето случаи разбираеми. Въпреки това, като се има предвид, че приблизително 96% от масата на нашата Вселена е съставена от неясни, необясними неща, наречени тъмна материя и тъмна енергия, не е изненада, че учените отдавна подозират, че тези четири взаимодействия не представляват всичко в космоса. . продължава.

Опит за описание на нова сила, чийто автор е екип, ръководен от Атила Краснагорская (3), физиката в Института за ядрени изследвания (ATOMKI) на Унгарската академия на науките, за която чухме миналата есен, не беше първата индикация за съществуването на мистериозни взаимодействия.

Същите учени за първи път писаха за „петата сила“ през 2016 г., след като проведоха експеримент за превръщане на протоните в изотопи, които са варианти на химични елементи. Изследователите наблюдаваха как протоните превръщат изотоп, известен като литий-7, в нестабилен тип атом, наречен берилий-8.

3. Проф. Атила Красногоркай (вдясно)

При разпадането на берилий-8 се образуват двойки електрони и позитрони, които се отблъскват един друг, карайки частиците да излитат под ъгъл. Екипът очакваше да види корелация между светлинната енергия, излъчвана по време на процеса на разпад и ъглите, под които частиците се разлитат. Вместо това електроните и позитроните бяха отклонени на 140 градуса почти седем пъти по-често, отколкото техните модели прогнозираха, неочакван резултат.

„Всичките ни знания за видимия свят могат да бъдат описани с помощта на така наречения Стандартен модел на физиката на елементарните частици“, пише Краснагоркай. „Той обаче не осигурява частици, по-тежки от електрон и по-леки от мюон, който е 207 пъти по-тежък от електрон. Ако намерим нова частица в горния прозорец за маса, това би означавало някакво ново взаимодействие, което не е включено в стандартния модел.

Мистериозният обект е наречен X17 поради изчислената му маса от 17 мегаелектронволта (MeV), около 34 пъти по-голяма от тази на електрона. Изследователите наблюдават разпадането на тритий в хелий-4 и отново наблюдават странен диагонален разряд, който показва частица с маса от около 17 MeV.

„Фонът медиира електромагнитната сила, глуонът посредничи за силната сила, а W и Z бозоните посредничат за слабата сила“, обясни Краснахоркай.

„Нашата частица X17 трябва да посредничи за ново взаимодействие, пето. Новият резултат намалява вероятността първият експеримент да е просто съвпадение или резултатите да са причинили системна грешка."

Тъмна материя под краката

От великата Вселена, от смътното царство на гатанки и мистерии на великата физика, нека се върнем на Земята. Тук сме изправени пред доста изненадващ проблем... с виждането и точното изобразяване на всичко, което е вътре (4).

Преди няколко години писахме в МТ за мистерията на земното ядроче един парадокс е свързан с неговото създаване и не се знае точно каква е неговата същност и структура. Имаме методи като тестване с сеизмични вълни, също успя да разработи модел на вътрешната структура на Земята, за което има научно съгласие.

обаче в сравнение с далечните звезди и галактики, например, нашето разбиране за това, което се крие под краката ни, е слабо. Космическите обекти, дори и много далечни, ние просто виждаме. Същото не може да се каже за ядрото, слоевете на мантията или дори по-дълбоките слоеве на земната кора..

Налице са само най-преките изследвания. Планинските долини разкриват скали с дълбочина до няколко километра. Най-дълбоките проучвателни кладенци се простират на дълбочина малко над 12 км.

Информация за скалите и минералите, които изграждат по-дълбоки такива, се предоставя от ксенолитите, т.е. фрагменти от скали, извадени и отнесени от недрата на Земята в резултат на вулканични процеси. Въз основа на тях петролозите могат да определят състава на минералите на дълбочина от няколкостотин километра.

Радиусът на Земята е 6371 км, което не е лесен път за всички наши "вникнали". Поради огромното налягане и температура, достигащи около 5 градуса по Целзий, е трудно да се очаква, че най-дълбоката вътрешност ще стане достъпна за директно наблюдение в обозримо бъдеще.

И така, как да разберем това, което знаем за структурата на вътрешността на Земята? Такава информация се предоставя от сеизмични вълни, генерирани от земетресения, т.е. еластични вълни, разпространяващи се в еластична среда.

Те са получили името си от факта, че се генерират от удари. В еластична (планинска) среда могат да се разпространяват два вида еластични (сеизмични) вълни: по-бързи – надлъжни и по-бавни – напречни. Първите са трептения на средата, възникващи по посока на разпространение на вълната, докато при напречните трептения на средата те възникват перпендикулярно на посоката на разпространение на вълната.

Първо се записват надлъжните вълни (лат. primae), а напречните вълни се записват втори (лат. secundae), откъдето идва и тяхното традиционно маркиране в сеизмологията - надлъжни вълни p и напречни s. P-вълните са около 1,73 пъти по-бързи от s.

Информацията, предоставена от сеизмичните вълни, дава възможност да се изгради модел на вътрешността на Земята на базата на еластични свойства. Можем да дефинираме други физически свойства въз основа на гравитационно поле (плътност, налягане), наблюдение магнитотелурични токове генерирани в мантията на Земята (разпределение на електрическата проводимост) или разлагане на топлинния поток на Земята.

Петрологичният състав може да се определи чрез сравнение с лабораторни изследвания на свойствата на минерали и скали при условия на високи налягания и температури.

Земята излъчва топлина и не се знае откъде идва. Наскоро се появи нова теория, свързана с най-неуловимите елементарни частици. Смята се, че природата може да предостави важни улики към мистерията на топлината, излъчвана от нашата планета. неутрино - частици с изключително малка маса - излъчвани от радиоактивни процеси, протичащи в недрата на Земята.

Основните известни източници на радиоактивност са нестабилните торий и калий, както знаем от скални проби до 200 км под земната повърхност. Какво се крие по-дълбоко, вече не се знае.

Ние го знаем геонеутрино тези, излъчени по време на разпадането на урана, имат повече енергия от тези, излъчени при разпадането на калия. Така чрез измерване на енергията на геонеутрино можем да разберем от какъв радиоактивен материал идват те.

За съжаление, геонеутрино са много трудни за откриване. Следователно първото им наблюдение през 2003 г. изисква огромен подземен детектор, пълен с прибл. тона течност. Тези детектори измерват неутрино чрез откриване на сблъсъци с атоми в течност.

Оттогава геонеутрино са наблюдавани само в един експеримент, използващ тази технология (5). И двете измервания показват това Около половината от топлината на Земята от радиоактивност (20 теравата) може да се обясни с разпадането на урана и тория. Източникът на останалите 50%... все още не се знае какъв.

5. Моделна карта на интензивността на емисиите геонеутрино на Земята – прогнози

През юли 2017 г. започна строителството на сградата, известна още като ДУНАпланирано да бъде завършен около 2024 г. Съоръжението ще бъде разположено на почти 1,5 км под земята в бившия Homestack, Южна Дакота.

Учените планират да използват DUNE, за да отговорят на най-важните въпроси в съвременната физика, като внимателно изучават неутрино, една от най-слабо разбраните фундаментални частици.

През август 2017 г. международен екип от учени публикува статия в списание Physical Review D, предлагаща доста иновативно използване на DUNE като скенер за изследване на вътрешността на Земята. Към сеизмичните вълни и сондажи ще бъде добавен нов метод за изследване на вътрешността на планетата, който може би ще ни покаже напълно нова картина за нея. Това обаче засега е само идея.

От космическата тъмна материя стигнахме до вътрешността на нашата планета, не по-малко тъмна за нас. и непроницаемостта на тези неща е смущаваща, но не толкова, колкото тревожността, че не виждаме всички обекти, които са относително близо до Земята, особено тези, които са на пътя на сблъсък с нея.

Това обаче е малко по-различна тема, която наскоро обсъдихме подробно в МТ. Желанието ни да разработим методи за наблюдение е напълно оправдано във всички контексти.