חומר אפל. שש בעיות קוסמולוגיות
התנועות של עצמים בקנה מידה קוסמי מצייתות לתיאוריה הישנה והטובה של ניוטון. עם זאת, גילויו של פריץ זוויקי בשנות ה-30 ותצפיות רבות לאחר מכן בגלקסיות רחוקות המסתובבות מהר יותר מהמסה הנראית שלהן, הניעו אסטרונומים ופיזיקאים לחשב את מסת החומר האפל, שלא ניתן לקבוע ישירות בכל טווח תצפית זמין. . לכלים שלנו. החשבון התברר כגבוה מאוד - כיום מעריכים שכמעט 27% ממסת היקום הם חומר אפל. זה יותר מפי חמישה מהחומר ה"רגיל" העומד לרשות התצפיות שלנו.
לרוע המזל, נראה שחלקיקים יסודיים אינם צופים את קיומם של חלקיקים שירכיבו את המסה החידתית הזו. עד כה לא הצלחנו לזהות אותם או ליצור קרני אנרגיה גבוהה במאיצים מתנגשים. התקווה האחרונה של המדענים הייתה גילוי נייטרינו "סטריליים", שיכולים להרכיב חומר אפל. עם זאת, עד כה גם הניסיונות לאתר אותם לא צלחו.
אנרגיה אפלה
מאחר שהתגלה בשנות ה-90 שהתפשטות היקום אינה קבועה, אלא מואצת, נדרשה תוספת נוספת לחישובים, הפעם עם אנרגיה ביקום. התברר שכדי להסביר את התאוצה הזו, אנרגיה נוספת (כלומר מסות, כי לפי תורת היחסות המיוחדת הן זהות) - כלומר. אנרגיה אפלה - אמורה להוות כ-68% מהיקום.
זה אומר שיותר משני שלישים מהיקום מורכב מ... אלוהים יודע מה! כי, כמו במקרה של חומר אפל, לא הצלחנו ללכוד או לחקור את טבעו. יש הסבורים שזו האנרגיה של הוואקום, אותה אנרגיה שבה מופיעים חלקיקים "יש מאין" כתוצאה מהשפעות קוונטיות. אחרים מציעים שזהו ה"תמצית", הכוח החמישי של הטבע.
יש גם השערה שהעיקרון הקוסמולוגי לא עובד כלל, היקום אינו הומוגני, בעל צפיפות שונה באזורים שונים, והתנודות הללו יוצרות אשליה של התפשטות מואצת. בגרסה זו, בעיית האנרגיה האפלה תהיה רק אשליה.
איינשטיין הכניס לתיאוריות שלו - ולאחר מכן הסיר - את המושג קבוע קוסמולוגיקשור לאנרגיה אפלה. הרעיון נמשך על ידי תיאורטיקנים של מכניקת הקוונטים שניסו להחליף את הרעיון של הקבוע הקוסמולוגי אנרגיית שדה ואקום קוונטי. עם זאת, תיאוריה זו נתנה 10120 יותר אנרגיה ממה שצריך כדי להרחיב את היקום בקצב שאנו מכירים...
אִינפלַצִיָה
Теория אינפלציה בחלל זה מסביר הרבה בצורה משביעת רצון, אבל מציג בעיה קטנה (טוב, לא לכולם קטנה) - זה מרמז שבתקופה המוקדמת של קיומו, קצב ההתפשטות שלו היה מהיר יותר ממהירות האור. זה יסביר את המבנה הנראה לעין של עצמים בחלל, הטמפרטורה, האנרגיה שלהם וכו'. הנקודה, עם זאת, היא שעד כה לא נמצאו עקבות לאירוע עתיק זה.
חוקרים באימפריאל קולג' בלונדון, בלונדון ובאוניברסיטאות הלסינקי וקופנהגן תיארו ב-2014 ב-Physical Review Letters כיצד כוח הכבידה סיפק את היציבות הדרושה ליקום לחוות אינפלציה חמורה בתחילת התפתחותו. הצוות ניתח אינטראקציה בין חלקיקי היגס לכוח המשיכה. מדענים הראו שאפילו אינטראקציה קטנה מסוג זה יכולה לייצב את היקום ולהצילו מאסון.
גרף של מהירות הסיבוב של הגלקסיה הספירלית M33
"המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים היסודיים, שמדענים משתמשים בו כדי להסביר את טבעם של חלקיקים אלמנטריים והאינטראקציות ביניהם, עדיין לא ענה על השאלה מדוע היקום לא קרס מיד לאחר המפץ הגדול", אמר הפרופסור. ארטו רג'נטי מהמחלקה לפיזיקה של אימפריאל קולג'. "במחקר שלנו, התמקדנו בפרמטר הלא ידוע של המודל הסטנדרטי, כלומר האינטראקציה בין חלקיקי היגס לכוח המשיכה. לא ניתן למדוד פרמטר זה בניסויים במאיצי חלקיקים, אך יש לו השפעה חזקה על חוסר היציבות של חלקיקי היגס בשלב הניפוח. אפילו ערך קטן של הפרמטר הזה מספיק כדי להסביר את שיעור ההישרדות".
רשת של חומר אפל מוארת על ידי קוואזר
כמה חוקרים מאמינים שקשה לעצור את האינפלציה ברגע שהיא מתחילה. הם מסיקים שהתוצאה שלו הייתה יצירת יקומים חדשים, מופרדים פיזית משלנו. והתהליך הזה יימשך עד היום. הרב-יקום עדיין מוליד יקומים חדשים בבהלה אינפלציונית.
אם נחזור לעקרון מהירות האור הקבועה, כמה תיאורטיקנים של אינפלציה מציעים שמהירות האור היא, כן, גבול קפדני, אך לא קבוע. בעידן המוקדם הוא היה גבוה יותר, מה שאיפשר אינפלציה. עכשיו הוא ממשיך ליפול, אבל כל כך לאט שאנחנו לא מסוגלים להבחין בזה.
שילוב אינטראקציות
האיזון הנוכחי של חומר רגיל, חומר אפל ואנרגיה אפלה
המודל הסטנדרטי, בעודו מאחד את שלושת סוגי כוחות הטבע, אינו מאחד את האינטראקציות החלשות והחזקות לשביעות רצונם של כל המדענים. כוח הכבידה עומד בצד ולא יכול עדיין להיכלל במודל הכללי עם עולם החלקיקים היסודיים. כל ניסיון ליישב את כוח המשיכה עם מכניקת הקוונטים מכניס כל כך הרבה אינסוף לחישובים שהמשוואות מאבדות מערכן.
תורת הקוונטים של כוח הכבידה מחייב הפסקה בחיבור בין מסת הכבידה למסה האינרציאלית, הידוע מעקרון השקילות (ראה מאמר: "ששת עקרונות היקום"). הפרה של עיקרון זה מערערת את בניית הפיזיקה המודרנית. לפיכך, תיאוריה כזו, הפותחת את הדרך לתיאוריה של חלומות על כל דבר, יכולה להרוס גם את הפיזיקה הידועה עד כה.
למרות שכוח הכבידה חלש מכדי להיות מורגש בקנה מידה קטן של אינטראקציות קוונטיות, יש מקום שבו הוא הופך חזק מספיק כדי לעשות הבדל במכניקה של תופעות קוונטיות. זֶה חורים שחורים. עם זאת, התופעות המתרחשות בפנים ובפאתיהן עדיין נחקרות ונחקרות מעט.
הקמת היקום
המודל הסטנדרטי אינו יכול לחזות את גודל הכוחות והמסה המתעוררים בעולם החלקיקים. אנו לומדים על כמויות אלו על ידי מדידה והוספת נתונים לתיאוריה. מדענים מגלים כל הזמן שרק הבדל קטן בערכים הנמדדים מספיק כדי לגרום ליקום להיראות שונה לחלוטין.
לדוגמה, יש לו את המסה הקטנה ביותר הדרושה כדי לשמור על החומר היציב של כל מה שאנחנו מכירים. כמות החומר האפל והאנרגיה מאוזנת בקפידה להיווצרות גלקסיות.
אחת הבעיות התמוהות ביותר בכוונון הפרמטרים של היקום היא היתרון של החומר על האנטי-חומרמה שמאפשר להכל להתקיים ביציבות. לפי המודל הסטנדרטי, יש לייצר אותה כמות של חומר ואנטי-חומר. כמובן, מנקודת המבט שלנו, טוב שלחומר יש יתרון, שכן כמויות שוות מרמזות על חוסר היציבות של היקום, מזועזע מהתפרצויות אלימות של השמדה של שני סוגי החומר.
הדמיה של הרב-יקום עם יקומים מתרחבים ומתכווצים
בעיית מדידה
החלטה מֵמַד חפצים קוונטיים פירושו קריסת פונקציית הגל, כלומר "שינוי" של מצבם משני (החתול של שרדינגר במצב בלתי מוגדר של "חי או מת") ליחיד (אנו יודעים מה קרה לחתול).
אחת ההשערות הנועזות יותר הקשורות לבעיית המדידה היא המושג "עולמות רבים" – האפשרויות מהן אנו בוחרים בעת המדידה. העולמות נפרדים בכל רגע. אז, יש לנו עולם שבו אנחנו מסתכלים לתוך קופסה עם חתול, ועולם שבו אנחנו לא מסתכלים לתוך קופסה עם חתול... בראשון - העולם שבו חי החתול, או זה שהוא אינו גר בו וכו' ד.
הוא האמין שמשהו לא בסדר במכניקת הקוונטים, ואין להקל ראש בדעה שלו.
ארבע אינטראקציות עיקריות
