דברים שכרגע אינם נראים

הדברים שהמדע יודע ורואה הם רק חלק קטן ממה שקיים כנראה. כמובן, המדע והטכנולוגיה לא צריכים לקחת "חזון" מילולית. למרות שהעיניים שלנו לא יכולות לראות אותם, המדע הצליח כבר מזמן "לראות" דברים כמו אוויר והחמצן שהוא מכיל, גלי רדיו, אור אולטרה סגול, קרינת אינפרא אדום ואטומים.

אנחנו גם רואים במובן מסוים אנטי חומרכאשר הוא מקיים אינטראקציה אלימה עם חומר רגיל, ובאופן כללי זו בעיה קשה יותר, כי למרות שראינו זאת בהשפעות של אינטראקציה, במובן ההוליסטי יותר, כרטט, זה היה חמקמק עבורנו עד 2015.

עם זאת, אנו עדיין, במובן מסוים, לא "רואים" את כוח הכבידה, מכיוון שעדיין לא גילינו נשא אחד של אינטראקציה זו (כלומר, למשל, חלקיק היפותטי הנקרא גרביטון). ראוי להזכיר כאן שיש אנלוגיה מסוימת בין ההיסטוריה של כוח הכבידה לבין .

אנו רואים את הפעולה של האחרון, אך איננו מתבוננים בה ישירות, איננו יודעים ממה היא מורכבת. עם זאת, יש הבדל מהותי בין התופעות ה"בלתי נראות" הללו. אף אחד מעולם לא הטיל ספק בכוח המשיכה. אבל עם חומר אפל (1) זה שונה.

איך ג אנרגיה שחורהשנאמר שהוא מכיל אפילו יותר מחומר אפל. קיומו הוסק כהשערה המבוססת על התנהגות היקום בכללותו. "לראות" זה צפוי להיות אפילו יותר קשה מחומר אפל, ולו רק בגלל שהחוויה המשותפת שלנו מלמדת אותנו שאנרגיה, מעצם טבעה, נשארת משהו פחות נגיש לחושים (ולמכשירי ההתבוננות) מאשר לחומר.

לפי ההנחות המודרניות, שניהם הכהים צריכים להוות 96% מהתוכן שלו.

כך שלמעשה, אפילו היקום עצמו כמעט ולא נראה לנו, שלא לדבר על כך שבכל הנוגע לגבולותיו, אנו מכירים רק את אלו שנקבעים על ידי התבוננות אנושית, ולא אלו שיהיו הקיצונים האמיתיים שלו – אם הם קיימים. בכלל.

משהו מושך אותנו יחד עם הגלקסיה כולה

אי הנראות של כמה דברים בחלל עלולה להיות מצמררת, כמו העובדה ש-100 גלקסיות שכנות נעות ללא הרף לעבר נקודה מסתורית ביקום הידועה בשם מושך נהדר. אזור זה נמצא במרחק של כ-220 מיליון שנות אור ומדענים קוראים לו אנומליה כבידה. מאמינים כי למושך הגדול יש מסה של קוודריליונים של שמשות.

נתחיל מזה שהוא מתרחב. זה קורה מאז המפץ הגדול, והמהירות הנוכחית של תהליך זה מוערכת ב-2,2 מיליון קילומטרים לשעה. זה אומר שגם הגלקסיה שלנו וגלקסיית אנדרומדה השכנה שלה חייבות לנוע במהירות הזו, נכון? לא באמת.

בשנות ה-70 יצרנו מפות מפורטות של החלל החיצון. רקע מיקרוגל (CMB) היקום ושמנו לב שצד אחד של שביל החלב חם יותר מהצד השני. ההפרש היה פחות ממאית המעלה צלזיוס, אבל זה הספיק לנו כדי להבין שאנחנו נעים במהירות של 600 ק"מ לשנייה לעבר קבוצת הכוכבים קנטאורוס.

כמה שנים מאוחר יותר, גילינו שלא רק אנחנו, אלא כולם בטווח של מאה מיליון שנות אור מאיתנו, נעים באותו כיוון. יש רק דבר אחד שיכול להתנגד להתפשטות למרחקים כה עצומים, וזה כוח המשיכה.

אנדרומדה, למשל, חייבת להתרחק מאיתנו, אבל בעוד 4 מיליארד שנים נצטרך... להתנגש בה. מסה מספקת יכולה להתנגד להתרחבות. בהתחלה, מדענים חשבו שהמהירות הזו נובעת מהמיקום שלנו בפאתי מה שנקרא צביר העל המקומי.

למה כל כך קשה לנו לראות את המושך הגדול המסתורי הזה? למרבה הצער, זו הגלקסיה שלנו, שחוסמת את הנוף שלנו. דרך חגורת שביל החלב, איננו יכולים לראות כ-20% מהיקום. במקרה הוא הולך בדיוק לאן שהמושך הגדול נמצא. תיאורטית אפשר לחדור את הצעיף הזה עם תצפיות רנטגן ואינפרא אדום, אבל זה לא נותן תמונה ברורה.

למרות הקשיים הללו, נמצא שבאזור אחד של המושך הגדול, במרחק של 150 מיליון שנות אור, ישנו גלקטי אשכול נורמה. מאחוריו נמצא צביר-על מסיבי עוד יותר, במרחק של 650 מיליון שנות אור, המכיל מסה של 10. גלקסיה, אחד מהעצמים הגדולים ביקום המוכרים לנו.

אז, מדענים מציעים כי המושך הגדול מרכז הכבידה צבירי-על רבים של גלקסיות, כולל שלנו - כ-100 עצמים בסך הכל, כמו שביל החלב. יש גם תיאוריות שזהו אוסף עצום של אנרגיה אפלה או אזור בצפיפות גבוהה עם כוח משיכה עצום.

חלק מהחוקרים מאמינים שזוהי רק טעימה מקדימה מהסוף...סוף היקום. השפל הגדול פירושו שהיקום יתעבה בעוד כמה טריליון שנים, כשההתפשטות תאט ותתחיל להתהפך. עם הזמן זה יוביל לסופר מסיבי שיאכל הכל, כולל את עצמו.

עם זאת, כפי שמציינים מדענים, התפשטות היקום תביס בסופו של דבר את כוחו של המושך הגדול. המהירות שלנו אליו היא רק חמישית מהמהירות שבה הכל מתרחב. המבנה המקומי העצום של לניאקה (2) שאנו חלק ממנו יצטרך יום אחד להתפוגג, כמו ישויות קוסמיות רבות אחרות.

כוח הטבע החמישי

משהו שאנחנו לא יכולים לראות, אבל נחשד ברצינות בזמן האחרון, הוא מה שנקרא ההשפעה החמישית.

הגילוי של מה שמדווח בתקשורת כרוך בספקולציות לגבי חלקיק חדש היפותטי עם שם מסקרן. X17יכול לעזור להסביר את המסתורין של החומר האפל והאנרגיה האפלה.

ידועות ארבע אינטראקציות: כוח הכבידה, אלקטרומגנטיות, אינטראקציות אטומיות חזקות וחלשות. ההשפעות של ארבעת הכוחות הידועים על החומר, מתחום המיקרו של האטומים ועד לקנה המידה האדיר של הגלקסיות, מתועדות היטב וברוב המקרים מובנות. עם זאת, כשחושבים על כך שבערך 96% מהמסה של היקום שלנו מורכבת מדברים לא ברורים ובלתי מוסברים הנקראים חומר אפל ואנרגיה אפלה, אין זה מפתיע שמדענים חשדו זה מכבר שארבע האינטראקציות הללו אינן מייצגות הכל בקוסמוס . ממשיך.

ניסיון לתאר כוח חדש, שמחברו הוא צוות בראשות אטילה קרסנגורסקיה (3), הפיזיקה במכון למחקר גרעיני (ATOMKI) של האקדמיה ההונגרית למדעים, עליה שמענו בסתיו שעבר, לא הייתה האינדיקציה הראשונה לקיומן של אינטראקציות מסתוריות.

אותם מדענים כתבו לראשונה על "הכוח החמישי" בשנת 2016, לאחר שערכו ניסוי להפיכת פרוטונים לאיזוטופים, שהם גרסאות של יסודות כימיים. החוקרים צפו כיצד פרוטונים הופכים איזוטופ המכונה ליתיום-7 לסוג לא יציב של אטום בשם בריליום-8.

3. פרופ. אטילה קרסנוהורקאי (מימין)

כאשר בריליום-8 התפרק, נוצרו זוגות של אלקטרונים ופוזיטרונים, שדפו זה את זה, וגרמו לחלקיקים לעוף החוצה בזווית. הצוות ציפה לראות מתאם בין אנרגיית האור הנפלטת במהלך תהליך ההתפרקות לבין הזוויות שבהן החלקיקים מתרחקים. במקום זאת, אלקטרונים ופוזיטרונים הוסטו ב-140 מעלות בתדירות של כמעט שבעה ממה שחזו המודלים שלהם, תוצאה בלתי צפויה.

"ניתן לתאר את כל הידע שלנו על העולם הגלוי באמצעות מה שנקרא המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים", כותב קרסנגורקאי. "עם זאת, הוא אינו מספק חלקיקים כבדים מאלקטרון וקלים יותר ממיואון, שכבד פי 207 מאלקטרון. אם נמצא חלקיק חדש בחלון המסה הנ"ל, זה יצביע על אינטראקציה חדשה כלשהי שאינה נכללת במודל הסטנדרטי."

האובייקט המסתורי נקרא X17 בגלל המסה המשוערת שלו של 17 מגה-אלקטרון-וולט (MeV), בערך פי 34 מאלקטרון. החוקרים צפו בהתפרקות הטריטיום להליום-4 ושוב צפו בפריקה אלכסונית מוזרה, המעידה על חלקיק בעל מסה של כ-17 MeV.

"הפוטון מתווך את הכוח האלקטרומגנטי, הגלואון מתווך את הכוח החזק, והבוזונים W ו-Z מתווכים את הכוח החלש", הסביר קרסנהורקאי.

"חלקיק X17 שלנו חייב לתווך אינטראקציה חדשה, החמישית. התוצאה החדשה מפחיתה את הסבירות שהניסוי הראשון היה רק ​​צירוף מקרים, או שהתוצאות גרמו לשגיאת מערכת".

חומר אפל מתחת לרגליים

מהיקום הגדול, מהממלכה המעורפלת של החידות והתעלומות של הפיזיקה הגדולה, הבה נחזור לכדור הארץ. אנו עומדים כאן בפני בעיה מפתיעה למדי... בראייה ובתיאור מדויק של כל מה שיש בפנים (4).

לפני כמה שנים כתבנו ב-MT על המסתורין של ליבת כדור הארץשפרדוקס קשור ליצירתו ולא ידוע בדיוק מה טיבו ומבנהו. יש לנו שיטות כמו בדיקה עם גלים סיסמיים, הצליח גם לפתח מודל של המבנה הפנימי של כדור הארץ, שלגביו יש הסכמה מדעית.

אולם בהשוואה לכוכבים וגלקסיות רחוקות, למשל, ההבנה שלנו לגבי מה שמסתתר מתחת לרגלינו חלשה. אובייקטים בחלל, אפילו רחוקים מאוד, אנחנו פשוט רואים. לא ניתן לומר את אותו הדבר על הליבה, שכבות המעטפת או אפילו השכבות העמוקות יותר של קרום כדור הארץ..

רק המחקר הישיר ביותר זמין. עמקי הרים חושפים סלעים בעומק של עד כמה קילומטרים. בארות החקר העמוקות ביותר משתרעות לעומק של קצת יותר מ-12 ק"מ.

מידע על סלעים ומינרלים הבונים עמוקים יותר מסופק על ידי קסנוליטים, כלומר. שברי סלעים שנקרעו ונישאו מבטן כדור הארץ כתוצאה מתהליכים געשיים. על בסיסם, פטרולוגים יכולים לקבוע את הרכב המינרלים לעומק של כמה מאות קילומטרים.

רדיוס כדור הארץ הוא 6371 ק"מ, שזהו נתיב לא קל לכל ה"מסתננים" שלנו. בשל הלחץ העצום והטמפרטורה המגיעים לכ-5 מעלות צלזיוס, קשה לצפות שהפנים העמוקים ביותר יהפכו נגישים לתצפית ישירה בעתיד הנראה לעין.

אז איך אנחנו יודעים מה אנחנו יודעים על מבנה פנים כדור הארץ? מידע כזה מסופק על ידי גלים סיסמיים שנוצרים מרעידות אדמה, כלומר. גלים אלסטיים המתפשטים בתווך אלסטי.

הם קיבלו את שמם מהעובדה שהם נוצרים על ידי מכות. שני סוגים של גלים אלסטיים (סיסמיים) יכולים להתפשט בתווך אלסטי (הררי): מהיר יותר - אורכי ואיטי יותר - רוחבי. הראשונים הם תנודות של המדיום המתרחשות לאורך כיוון התפשטות הגל, בעוד שבתנודות רוחביות של המדיום הן מתרחשות בניצב לכיוון התפשטות הגל.

גלים אורכיים נרשמים תחילה (lat. primae), וגלים רוחביים נרשמים שנית (lat. secundae), ומכאן הסימון המסורתי שלהם בסימולוגיה - גלים אורכיים p ו-transverse s. גלי P מהירים בערך פי 1,73 מ-s.

המידע שמספק גלים סיסמיים מאפשר לבנות מודל של פנים כדור הארץ על סמך תכונות אלסטיות. אנו יכולים להגדיר תכונות פיזיקליות אחרות על סמך שדה כבידה (צפיפות, לחץ), התבוננות זרמים מגנטוטלוריים שנוצר במעטפת כדור הארץ (חלוקת מוליכות חשמלית) או פירוק זרימת החום של כדור הארץ.

ניתן לקבוע את ההרכב הפטרולוגי בהשוואה למחקרי מעבדה של תכונות מינרלים וסלעים בתנאים של לחצים וטמפרטורות גבוהות.

כדור הארץ מקרין חום, ולא ידוע מהיכן הוא מגיע. לאחרונה צצה תיאוריה חדשה הקשורה לחלקיקים היסודיים החמקמקים ביותר. הוא האמין כי רמזים חשובים לתעלומת החום המוקרן מתוך הפלנטה שלנו עשויים להיות מסופקים על ידי הטבע. נייטרינו - חלקיקים בעלי מסה קטנה במיוחד - הנפלטים על ידי תהליכים רדיואקטיביים המתרחשים בבטן כדור הארץ.

המקורות הידועים העיקריים לרדיואקטיביות הם תוריום ואשלגן בלתי יציבים, כפי שאנו יודעים מדגימות סלע עד 200 ק"מ מתחת לפני כדור הארץ. מה שנמצא עמוק יותר כבר לא ידוע.

אנחנו יודעים את זה גיאוטרינו לאלה הנפלטים במהלך התפרקות האורניום יש יותר אנרגיה מאלה הנפלטים במהלך התפרקות האשלגן. לפיכך, על ידי מדידת האנרגיה של גיאוטרינו, נוכל לגלות מאיזה חומר רדיואקטיבי הם מגיעים.

למרבה הצער, קשה מאוד לזהות גיאוטרינו. לכן, התצפית הראשונה שלהם בשנת 2003 הצריכה גלאי תת קרקעי ענקי מלא בכ. טונות של נוזל. גלאים אלה מודדים ניטרינו על ידי זיהוי התנגשויות עם אטומים בנוזל.

מאז, גיאוניטרינו נצפו רק בניסוי אחד באמצעות טכנולוגיה זו (5). שתי המדידות מראות זאת כמחצית מהחום של כדור הארץ מרדיואקטיביות (20 טרה וואט) ניתן להסביר על ידי ריקבון של אורניום ותוריום. המקור ל-50% הנותרים... טרם ידוע מה.

5. מפת מודל של עוצמת פליטת הגיאוניטרינו על פני כדור הארץ - תחזיות

ביולי 2017 החלה בניית הבניין, המכונה גם חוֹלִיתמתוכנן להסתיים בסביבות 2024. המתקן ימוקם כמעט 1,5 ק"מ מתחת לאדמה בהומסטאק לשעבר, דרום דקוטה.

מדענים מתכננים להשתמש ב-DUNE כדי לענות על השאלות החשובות ביותר בפיזיקה המודרנית על ידי לימוד קפדני של ניטרינו, אחד החלקיקים הבסיסיים הפחות מובנים.

באוגוסט 2017, צוות בינלאומי של מדענים פרסם מאמר בכתב העת Physical Review D המציע שימוש חדשני למדי ב-DUNE כסורק לחקר פנים כדור הארץ. לגלים סייסמיים ולקידוחים תתווסף שיטה חדשה לחקר פנים כוכב הלכת, שאולי תראה לנו תמונה חדשה לגמרי שלו. עם זאת, זה רק רעיון לעת עתה.

מהחומר האפל הקוסמי, הגענו אל תוך הפלנטה שלנו, לא פחות אפל עבורנו. והאטימות של הדברים האלה מטרידה, אבל לא כמו החרדה שלא רואים את כל העצמים הקרובים יחסית לכדור הארץ, במיוחד אלה שנמצאים בנתיב ההתנגשות איתו.

עם זאת, זהו נושא מעט שונה, עליו דנו לאחרונה בפירוט ב-MT. הרצון שלנו לפתח שיטות התבוננות מוצדק לחלוטין בכל ההקשרים.