Vật chất tối. Sáu vấn đề vũ trụ
Chuyển động của các vật thể trên quy mô vũ trụ tuân theo lý thuyết hay của Newton. Tuy nhiên, phát hiện của Fritz Zwicky vào những năm 30 và nhiều quan sát sau đó về các thiên hà ở xa quay nhanh hơn khối lượng biểu kiến của chúng sẽ chỉ ra, thúc đẩy các nhà thiên văn và vật lý tính toán khối lượng vật chất tối, thứ không thể xác định trực tiếp trong bất kỳ phạm vi quan sát nào có sẵn. . cho các công cụ của chúng tôi. Hóa ra là rất cao - người ta ước tính rằng gần 27% khối lượng của vũ trụ là vật chất tối. Con số này nhiều hơn gấp năm lần so với vật chất "thông thường" mà chúng ta quan sát được.
Thật không may, các hạt cơ bản dường như không lường trước được sự tồn tại của các hạt tạo nên khối lượng bí ẩn này. Cho đến nay, chúng ta vẫn chưa thể phát hiện ra chúng hoặc tạo ra chùm năng lượng cao trong các máy gia tốc va chạm. Hy vọng cuối cùng của các nhà khoa học là phát hiện ra hạt neutrino "vô trùng", có thể tạo nên vật chất tối. Tuy nhiên, cho đến nay các nỗ lực phát hiện chúng cũng không thành công.
Năng lượng tối
Vì vào những năm 90, người ta đã phát hiện ra rằng sự giãn nở của vũ trụ không phải là hằng số mà đang tăng tốc, nên cần phải có một bổ sung khác cho các tính toán, lần này là với năng lượng trong vũ trụ. Hóa ra, để giải thích sự gia tốc này, năng lượng bổ sung (tức là khối lượng, vì theo thuyết tương đối hẹp, chúng giống nhau) - tức là năng lượng tối - chiếm khoảng 68% vũ trụ.
Điều đó có nghĩa là hơn XNUMX/XNUMX vũ trụ được tạo thành từ ... chúa biết điều! Bởi vì, như trong trường hợp vật chất tối, chúng ta không thể nắm bắt hoặc khám phá bản chất của nó. Một số người tin rằng đây là năng lượng của chân không, năng lượng tương tự mà tại đó các hạt "từ hư vô" xuất hiện do kết quả của các hiệu ứng lượng tử. Những người khác cho rằng đó là "tinh hoa", lực lượng thứ năm của tự nhiên.
Cũng có giả thuyết cho rằng nguyên lý vũ trụ hoàn toàn không hoạt động, Vũ trụ không đồng nhất, có mật độ khác nhau ở các khu vực khác nhau, và những dao động này tạo ra ảo giác về sự giãn nở gia tốc. Trong phiên bản này, vấn đề về năng lượng tối sẽ chỉ là một ảo ảnh.
Einstein đưa vào lý thuyết của mình - và sau đó loại bỏ - khái niệm hằng số vũ trụliên kết với năng lượng tối. Khái niệm này được tiếp tục bởi các nhà lý thuyết cơ học lượng tử, những người đã cố gắng thay thế khái niệm về hằng số vũ trụ năng lượng trường chân không lượng tử. Tuy nhiên, lý thuyết này đã đưa ra 10120 nhiều năng lượng hơn mức cần thiết để mở rộng vũ trụ với tốc độ mà chúng ta biết ...
lạm phát
Теория lạm phát không gian nó giải thích thỏa đáng rất nhiều điều, nhưng lại đưa ra một vấn đề nhỏ (tốt, không phải nhỏ đối với mọi người) - nó gợi ý rằng trong thời kỳ đầu tồn tại, tốc độ mở rộng của nó nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Điều này sẽ giải thích cấu trúc hiện có thể nhìn thấy của các vật thể không gian, nhiệt độ, năng lượng của chúng, v.v. Tuy nhiên, vấn đề là cho đến nay vẫn chưa tìm thấy dấu vết nào của sự kiện cổ đại này.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Imperial College London, London và Đại học Helsinki và Copenhagen đã mô tả vào năm 2014 trên tạp chí Physical Review Letters về cách mà lực hấp dẫn cung cấp sự ổn định cần thiết cho vũ trụ trải qua lạm phát nghiêm trọng trong giai đoạn đầu phát triển. Nhóm đã phân tích tương tác giữa các hạt Higgs và lực hấp dẫn. Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng ngay cả một tương tác nhỏ kiểu này cũng có thể ổn định vũ trụ và cứu nó khỏi thảm họa.
Đồ thị tốc độ quay của thiên hà xoắn ốc M33
“Mô hình tiêu chuẩn của vật lý hạt cơ bản, mà các nhà khoa học sử dụng để giải thích bản chất của các hạt cơ bản và tương tác của chúng, vẫn chưa trả lời được câu hỏi tại sao Vũ trụ không sụp đổ ngay sau Vụ nổ lớn,” giáo sư nói. Artu Rajanti từ Khoa Vật lý của Đại học Hoàng gia. “Trong nghiên cứu của mình, chúng tôi tập trung vào tham số chưa biết của Mô hình Chuẩn, đó là sự tương tác giữa các hạt Higgs và lực hấp dẫn. Thông số này không thể đo được trong các thí nghiệm máy gia tốc hạt, nhưng nó có ảnh hưởng mạnh mẽ đến tính không ổn định của hạt Higgs trong giai đoạn lạm phát. Ngay cả một giá trị nhỏ của thông số này cũng đủ để giải thích tỷ lệ sống sót ”.
Một mạng lưới vật chất tối được chiếu sáng bởi chuẩn tinh
Một số học giả tin rằng lạm phát, một khi nó bắt đầu, rất khó để dừng lại. Họ kết luận rằng hệ quả của nó là việc tạo ra các vũ trụ mới, tách biệt khỏi chúng ta về mặt vật lý. Và quá trình này sẽ tiếp tục cho đến ngày hôm nay. Đa vũ trụ vẫn đang sinh ra các vũ trụ mới trong cơn sốt lạm phát.
Quay trở lại nguyên lý tốc độ không đổi của ánh sáng, một số nhà lý thuyết lạm phát cho rằng tốc độ ánh sáng, vâng, là một giới hạn nghiêm ngặt, nhưng không phải là một hằng số. Trong thời kỳ đầu, nó cao hơn, cho phép lạm phát. Bây giờ nó tiếp tục rơi, nhưng chậm đến mức chúng ta không thể nhận thấy nó.
Kết hợp các tương tác
Sự cân bằng hiện tại của vật chất thông thường, vật chất tối và năng lượng tối
Mô hình Chuẩn, trong khi thống nhất ba loại lực của tự nhiên, không thống nhất các tương tác mạnh và yếu để làm hài lòng tất cả các nhà khoa học. Lực hấp dẫn đứng sang một bên và vẫn chưa thể được đưa vào mô hình chung với thế giới của các hạt cơ bản. Bất kỳ nỗ lực nào để điều hòa lực hấp dẫn với cơ học lượng tử đều đưa vào các phép tính quá nhiều đến mức các phương trình mất giá trị.
lý thuyết lượng tử về lực hấp dẫn đòi hỏi sự phá vỡ mối liên hệ giữa khối lượng hấp dẫn và khối lượng quán tính, được biết đến từ nguyên lý tương đương (xem bài viết: "Sáu nguyên lý của vũ trụ"). Việc vi phạm nguyên tắc này phá hoại việc xây dựng nền vật lý hiện đại. Do đó, một lý thuyết như vậy, mở đường cho một lý thuyết về những giấc mơ về mọi thứ, cũng có thể phá hủy vật lý học được biết đến cho đến nay.
Mặc dù lực hấp dẫn quá yếu để có thể nhận thấy được ở quy mô nhỏ của các tương tác lượng tử, nhưng vẫn có một nơi mà nó trở nên đủ mạnh để tạo ra sự khác biệt trong cơ học của các hiện tượng lượng tử. Cái này lỗ đen. Tuy nhiên, các hiện tượng xảy ra bên trong và bên ngoài của chúng vẫn còn ít được nghiên cứu và tìm hiểu.
Thiết lập vũ trụ
Mô hình Chuẩn không thể dự đoán độ lớn của các lực và khối lượng xuất hiện trong thế giới của các hạt. Chúng ta tìm hiểu về các đại lượng này bằng cách đo và bổ sung dữ liệu vào lý thuyết. Các nhà khoa học không ngừng phát hiện ra rằng một sự khác biệt nhỏ trong các giá trị đo được cũng đủ để khiến vũ trụ trông hoàn toàn khác.
Ví dụ, nó có khối lượng nhỏ nhất cần thiết để hỗ trợ vật chất ổn định của mọi thứ chúng ta biết. Lượng vật chất tối và năng lượng được cân bằng cẩn thận để tạo thành các thiên hà.
Một trong những vấn đề khó hiểu nhất với việc điều chỉnh các thông số của vũ trụ là lợi thế của vật chất hơn phản vật chấtcho phép mọi thứ tồn tại ổn định. Theo Mô hình Chuẩn, cùng một lượng vật chất và phản vật chất được tạo ra. Tất nhiên, theo quan điểm của chúng tôi, điều tốt là vật chất có lợi thế hơn, vì lượng bằng nhau ngụ ý sự bất ổn định của Vũ trụ, bị rung chuyển bởi những đợt bùng phát hủy diệt dữ dội của cả hai loại vật chất.
Hình dung về đa vũ trụ với các vũ trụ mở rộng và thu nhỏ
Vấn đề đo lường
phán quyết phép đo các đối tượng lượng tử có nghĩa là sự sụp đổ của hàm sóng, tức là "thay đổi" trạng thái của chúng từ hai trạng thái (con mèo của Schrödinger ở trạng thái không xác định "sống hay chết") thành một (chúng tôi biết chuyện gì đã xảy ra với con mèo).
Một trong những giả thuyết táo bạo hơn liên quan đến vấn đề đo lường là khái niệm "nhiều thế giới" - những khả năng mà chúng ta chọn khi đo lường. Các thế giới đang tách biệt từng khoảnh khắc. Vì vậy, chúng ta có một thế giới trong đó chúng ta nhìn vào một chiếc hộp có một con mèo và một thế giới mà chúng ta không nhìn vào một chiếc hộp có một con mèo ... Đầu tiên - thế giới mà con mèo sống, hoặc thế giới nơi anh ta không sống, v.v. d.
ông tin rằng có điều gì đó sai sâu sắc với cơ học lượng tử, và ý kiến của ông không được coi thường.
Bốn tương tác chính
