Những thứ hiện đang vô hình

Những thứ mà khoa học biết và nhìn thấy chỉ là một phần nhỏ của những gì có thể tồn tại. Tất nhiên, khoa học và công nghệ không nên coi "tầm nhìn" theo nghĩa đen. Mặc dù mắt chúng ta không thể nhìn thấy chúng, nhưng khoa học từ lâu đã có thể "nhìn thấy" những thứ như không khí và oxy mà nó chứa, sóng vô tuyến, tia cực tím, bức xạ hồng ngoại và các nguyên tử.

Chúng tôi cũng nhìn nhận ở một khía cạnh nào đó phản vật chấtkhi nó tương tác dữ dội với vật chất thông thường, và nói chung là một vấn đề khó khăn hơn, bởi vì mặc dù chúng ta đã nhìn thấy điều này trong các tác động của tương tác, theo nghĩa tổng thể hơn, là rung động, nó vẫn khó nắm bắt đối với chúng ta cho đến năm 2015.

Tuy nhiên, theo một nghĩa nào đó, chúng ta vẫn không "nhìn thấy" lực hấp dẫn, bởi vì chúng ta chưa phát hiện ra một hạt mang điện duy nhất của tương tác này (ví dụ, một hạt giả định được gọi là graviton). Điều đáng nói ở đây là có một số sự tương đồng giữa lịch sử của lực hấp dẫn và.

Chúng ta nhìn thấy hành động của cái sau, nhưng chúng ta không trực tiếp quan sát nó, chúng ta không biết nó bao gồm những gì. Tuy nhiên, có một sự khác biệt cơ bản giữa các hiện tượng "vô hình" này. Không ai đã từng đặt câu hỏi về lực hấp dẫn. Nhưng với vật chất tối (1) thì khác.

Làm thế nào g năng lượng tốiđược cho là chứa nhiều hơn cả vật chất tối. Sự tồn tại của nó được suy luận như một giả thuyết dựa trên hành vi của vũ trụ nói chung. "Nhìn thấy" nó có vẻ còn khó hơn vật chất tối, nếu chỉ vì kinh nghiệm chung của chúng ta dạy chúng ta rằng năng lượng, về bản chất của nó, vẫn là thứ mà các giác quan (và các công cụ quan sát) ít tiếp cận hơn là vật chất.

Theo các giả định hiện đại, cả hai màu tối phải chiếm 96% nội dung của nó.

Vì vậy, trên thực tế, ngay cả bản thân vũ trụ cũng hầu như vô hình đối với chúng ta, chưa kể đến việc khi nói đến giới hạn của nó, chúng ta chỉ biết những giới hạn được xác định bởi sự quan sát của con người, chứ không phải những giới hạn sẽ là cực đoan thực sự của nó - nếu chúng tồn tại ở tất cả.

Có điều gì đó đang kéo chúng ta cùng với toàn bộ thiên hà

Khả năng tàng hình của một số thứ trong không gian có thể gây khó khăn, chẳng hạn như thực tế là 100 thiên hà lân cận đang liên tục di chuyển về một điểm bí ẩn trong vũ trụ được gọi là Hấp dẫn tuyệt vời. Vùng này cách chúng ta khoảng 220 triệu năm ánh sáng và các nhà khoa học gọi nó là vùng dị thường hấp dẫn. Người ta tin rằng Great Attractor có khối lượng bằng hàng triệu tỷ mặt trời.

Hãy bắt đầu với thực tế là nó đang mở rộng. Điều này đã xảy ra kể từ vụ nổ Big Bang, và tốc độ hiện tại của quá trình này được ước tính là 2,2 triệu km một giờ. Điều này có nghĩa là thiên hà của chúng ta và thiên hà Andromeda lân cận của nó cũng phải di chuyển với tốc độ đó, phải không? Không hẳn vậy.

Vào những năm 70, chúng tôi đã tạo ra các bản đồ chi tiết về không gian bên ngoài. Nền vi sóng (CMB) Universe và chúng tôi nhận thấy rằng một bên của Dải Ngân hà ấm hơn bên kia. Chênh lệch chưa đến một phần trăm độ C, nhưng cũng đủ để chúng tôi hiểu rằng chúng tôi đang di chuyển với tốc độ 600 km / giây về phía chòm sao Centaurus.

Một vài năm sau, chúng tôi phát hiện ra rằng không chỉ chúng tôi, mà tất cả mọi người trong vòng một trăm triệu năm ánh sáng của chúng tôi đều đang di chuyển theo cùng một hướng. Chỉ có một thứ duy nhất có thể chống lại sự giãn nở trên những khoảng cách rộng lớn như vậy, và đó là lực hấp dẫn.

Ví dụ như Andromeda phải rời xa chúng ta, nhưng 4 tỷ năm nữa chúng ta sẽ phải ... va chạm với cô ấy. Đủ khối lượng có thể chống lại sự giãn nở. Lúc đầu, các nhà khoa học nghĩ rằng tốc độ này là do vị trí của chúng ta ở vùng ngoại ô của cái gọi là Siêu lớp địa phương.

Tại sao chúng ta lại khó nhìn thấy Great Attractor bí ẩn này? Thật không may, đây là thiên hà của chúng ta, nó chặn tầm nhìn của chúng ta. Qua vành đai của Dải Ngân hà, chúng ta không thể nhìn thấy khoảng 20% ​​vũ trụ. Nó chỉ xảy ra khi anh ta đi chính xác nơi Người thu hút vĩ đại đang ở. Về mặt lý thuyết, có thể xuyên qua bức màn này bằng các quan sát bằng tia X và tia hồng ngoại, nhưng điều này không cho hình ảnh rõ ràng.

Bất chấp những khó khăn này, người ta đã phát hiện ra rằng trong một vùng của Sức hút Vĩ đại, ở khoảng cách 150 triệu năm ánh sáng, có một thiên hà Cluster Norma. Phía sau nó là một siêu đám còn lớn hơn, cách chúng ta 650 triệu năm ánh sáng, có khối lượng 10. thiên hà, một trong những vật thể lớn nhất trong vũ trụ mà chúng ta biết đến.

Vì vậy, các nhà khoa học cho rằng Sức hút Vĩ đại trung tâm trọng lực nhiều siêu đám thiên hà, bao gồm cả thiên hà của chúng ta - tổng cộng khoảng 100 vật thể, chẳng hạn như Dải Ngân hà. Cũng có những giả thuyết cho rằng đó là một tập hợp năng lượng tối khổng lồ hoặc một khu vực có mật độ cao với lực hấp dẫn cực lớn.

Một số nhà nghiên cứu tin rằng đây chỉ là một dự đoán về ngày tận thế ... cuối cùng của vũ trụ. Đại suy thoái có nghĩa là vũ trụ sẽ dày lên trong vài nghìn tỷ năm nữa, khi sự giãn nở chậm lại và bắt đầu đảo ngược. Theo thời gian, điều này sẽ dẫn đến một siêu khối lượng có thể ăn mọi thứ, kể cả chính nó.

Tuy nhiên, như các nhà khoa học lưu ý, sự mở rộng của Vũ trụ cuối cùng sẽ đánh bại sức mạnh của Great Attractor. Tốc độ của chúng ta đối với nó chỉ bằng 2/XNUMX tốc độ mà mọi thứ đang mở rộng. Cấu trúc địa phương rộng lớn của Laniakea (XNUMX) mà chúng ta là một phần trong đó một ngày nào đó sẽ phải tiêu tan, cũng như nhiều thực thể vũ trụ khác.

Lực lượng thứ năm của tự nhiên

Một thứ mà chúng ta không thể nhìn thấy, nhưng đã bị nghi ngờ nghiêm trọng về sau, là cái gọi là tác động thứ năm.

Việc khám phá ra những gì được đưa tin trên các phương tiện truyền thông liên quan đến suy đoán về một loại hạt mới giả định với một cái tên hấp dẫn. X17có thể giúp giải thích bí ẩn về vật chất tối và năng lượng tối.

Bốn tương tác được biết đến: trọng lực, điện từ, tương tác nguyên tử mạnh và yếu. Tác động của bốn lực đã biết lên vật chất, từ lĩnh vực vi mô của nguyên tử đến quy mô khổng lồ của các thiên hà, đã được ghi nhận đầy đủ và trong hầu hết các trường hợp đều có thể hiểu được. Tuy nhiên, khi bạn cho rằng khoảng 96% khối lượng vũ trụ của chúng ta được tạo thành từ những thứ khó hiểu, không thể giải thích được gọi là vật chất tối và năng lượng tối, không có gì ngạc nhiên khi các nhà khoa học từ lâu đã nghi ngờ rằng bốn tương tác này không đại diện cho mọi thứ trong vũ trụ. . tiếp tục.

Một nỗ lực để mô tả một lực lượng mới, tác giả của lực lượng đó là một đội do Attila Krasnagorskaya (3), vật lý tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân (ATOMKI) thuộc Học viện Khoa học Hungary mà chúng tôi nghe nói về mùa thu năm ngoái không phải là dấu hiệu đầu tiên cho thấy các lực bí ẩn tồn tại.

Cũng chính các nhà khoa học này lần đầu tiên viết về “lực thứ năm” vào năm 2016, sau khi tiến hành một thí nghiệm biến proton thành đồng vị, là biến thể của các nguyên tố hóa học. Các nhà nghiên cứu đã theo dõi khi các proton biến một đồng vị được gọi là lithium-7 thành một loại nguyên tử không ổn định được gọi là berili-8.

3. GS. Attila Krasnohorkai (phải)

Khi berili-8 phân rã, các cặp electron và positron được hình thành, chúng đẩy nhau, làm cho các hạt bay ra ngoài theo một góc. Nhóm nghiên cứu dự kiến ​​sẽ thấy mối tương quan giữa năng lượng ánh sáng phát ra trong quá trình phân rã và các góc mà các hạt bay ra xa nhau. Thay vào đó, các electron và positron bị lệch 140 độ thường xuyên hơn gần bảy lần so với dự đoán của mô hình, một kết quả bất ngờ.

Krasnagorkay viết: “Tất cả kiến ​​thức của chúng ta về thế giới hữu hình có thể được mô tả bằng cái gọi là Mô hình Chuẩn của vật lý hạt. “Tuy nhiên, nó không cung cấp cho bất kỳ hạt nào nặng hơn electron và nhẹ hơn muon, nặng hơn electron 207 lần. Nếu chúng tôi tìm thấy một hạt mới trong cửa sổ khối lượng ở trên, điều này cho thấy một số tương tác mới không có trong Mô hình Chuẩn. ”

Vật thể bí ẩn được đặt tên là X17 vì khối lượng ước tính của nó là 17 megaelectronvolts (MeV), gấp khoảng 34 lần electron. Các nhà nghiên cứu đã theo dõi sự phân rã của tritium thành helium-4 và một lần nữa quan sát thấy sự phóng điện theo đường chéo kỳ lạ, cho thấy một hạt có khối lượng khoảng 17 MeV.

Krasnahorkai giải thích: “photon làm trung gian cho lực điện từ, gluon làm trung gian cho lực mạnh, và các boson W và Z làm trung gian cho lực yếu,” Krasnahorkai giải thích.

“Hạt X17 của chúng ta phải làm trung gian cho một tương tác mới, tương tác thứ năm. Kết quả mới làm giảm khả năng thử nghiệm đầu tiên chỉ là ngẫu nhiên hoặc kết quả gây ra lỗi hệ thống. "

Vật chất tối dưới chân

Từ Vũ trụ vĩ đại, từ cõi mơ hồ của những câu đố và bí ẩn của vật lý vĩ đại, chúng ta hãy trở về Trái đất. Chúng tôi đang phải đối mặt với một vấn đề khá ngạc nhiên ở đây ... với việc nhìn thấy và mô tả chính xác mọi thứ bên trong (4).

Một vài năm trước, chúng tôi đã viết trên MT về bí ẩn của lõi trái đấtrằng một nghịch lý được kết nối với sự sáng tạo của nó và người ta không biết chính xác bản chất và cấu trúc của nó là gì. Chúng tôi có các phương pháp như thử nghiệm với sóng địa chấn, cũng đã quản lý để phát triển một mô hình cấu trúc bên trong của Trái đất, trong đó có sự thống nhất về mặt khoa học.

tuy nhiên Ví dụ, so với các ngôi sao và thiên hà xa xôi, sự hiểu biết của chúng ta về những gì nằm dưới chân chúng ta còn yếu. Những vật thể không gian, thậm chí là những vật thể rất xa, chúng ta chỉ đơn giản nhìn thấy. Điều tương tự cũng không thể nói về lõi, các lớp của lớp phủ, hoặc thậm chí các lớp sâu hơn của vỏ trái đất..

Chỉ những nghiên cứu trực tiếp nhất mới có sẵn. Thung lũng núi lộ ra những tảng đá sâu tới vài km. Các giếng thăm dò sâu nhất kéo dài đến độ sâu chỉ hơn 12 km.

Thông tin về đá và khoáng chất xây dựng sâu hơn được cung cấp bởi xenoliths, tức là các mảnh đá bị xé ra và mang đi khỏi ruột Trái đất do kết quả của quá trình núi lửa. Trên cơ sở của chúng, các nhà thạch học có thể xác định thành phần của khoáng chất ở độ sâu vài trăm km.

Bán kính Trái Đất là 6371 km, đây không phải là con đường dễ dàng cho tất cả những kẻ “xâm nhập” của chúng ta. Do áp suất khổng lồ và nhiệt độ lên tới khoảng 5 độ C, khó có thể hy vọng rằng bên trong sâu nhất sẽ có thể tiếp cận được để quan sát trực tiếp trong tương lai gần.

Vậy làm sao chúng ta biết được những gì chúng ta biết về cấu tạo bên trong Trái đất? Thông tin như vậy được cung cấp bởi các sóng địa chấn do động đất tạo ra, tức là sóng đàn hồi lan truyền trong môi trường đàn hồi.

Họ có tên của họ từ thực tế là họ được tạo ra bởi những cú đánh. Hai loại sóng đàn hồi (địa chấn) có thể lan truyền trong môi trường đàn hồi (miền núi): nhanh hơn - dọc và chậm hơn - ngang. Cái trước là dao động của môi trường xảy ra dọc theo hướng truyền sóng, trong khi ở dao động ngang của môi trường, chúng xảy ra vuông góc với hướng truyền sóng.

Sóng dọc được ghi lại đầu tiên (lat. Primae), và sóng ngang được ghi lại thứ hai (lat. Secundae), do đó đánh dấu truyền thống của chúng trong địa chấn học - sóng dọc p và sóng ngang s. Sóng P nhanh hơn s khoảng 1,73 lần.

Thông tin do sóng địa chấn cung cấp giúp chúng ta có thể xây dựng mô hình bên trong Trái đất dựa trên các đặc tính đàn hồi. Chúng ta có thể xác định các thuộc tính vật lý khác dựa trên trường hấp dẫn (mật độ, áp suất), quan sát dòng điện từ tế bào được tạo ra trong lớp phủ của Trái đất (sự phân bố độ dẫn điện) hoặc sự phân hủy của dòng nhiệt Trái đất.

Thành phần thạch học có thể được xác định bằng cách so sánh với các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về các đặc tính của khoáng chất và đá trong điều kiện áp suất và nhiệt độ cao.

Trái đất tỏa nhiệt, và người ta không biết nó đến từ đâu. Gần đây, một lý thuyết mới đã xuất hiện liên quan đến các hạt cơ bản khó nắm bắt nhất. Người ta tin rằng những manh mối quan trọng về bí ẩn của nhiệt lượng tỏa ra từ bên trong hành tinh của chúng ta có thể là do tự nhiên cung cấp. neutrino - các hạt có khối lượng cực nhỏ - phát ra từ các quá trình phóng xạ xảy ra trong lòng Trái đất.

Các nguồn phóng xạ chính được biết đến là thori và kali không ổn định, như chúng ta đã biết từ các mẫu đá ở độ sâu 200 km dưới bề mặt trái đất. Những gì nằm sâu hơn vẫn chưa được biết.

Chúng tôi biết nó geoneutrino những thứ phát ra trong quá trình phân rã của uranium có nhiều năng lượng hơn những năng lượng được phát ra trong quá trình phân rã của kali. Do đó, bằng cách đo năng lượng của geoneutrino, chúng ta có thể tìm hiểu chúng đến từ chất phóng xạ nào.

Thật không may, geoneutrino rất khó phát hiện. Do đó, lần quan sát đầu tiên của họ vào năm 2003 đã yêu cầu một máy dò ngầm khổng lồ chứa đầy khoảng. tấn chất lỏng. Các máy dò này đo neutrino bằng cách phát hiện va chạm với các nguyên tử trong chất lỏng.

Kể từ đó, geoneutrino chỉ được quan sát trong một thí nghiệm sử dụng công nghệ này (5). Cả hai phép đo đều cho thấy rằng Khoảng một nửa nhiệt lượng của Trái đất do phóng xạ (20 terawatt) có thể được giải thích là do sự phân rã của uranium và thorium. Nguồn của 50% còn lại ... vẫn chưa biết là gì.

5. Mô hình bản đồ cường độ phát xạ geoneutrino trên Trái đất - dự báo

Vào tháng 2017 năm XNUMX, việc xây dựng bắt đầu trên tòa nhà, còn được gọi là DUNESdự kiến ​​hoàn thành vào khoảng năm 2024. Cơ sở này sẽ được đặt gần 1,5 km dưới lòng đất ở Homestack cũ, Nam Dakota.

Các nhà khoa học có kế hoạch sử dụng DUNE để trả lời những câu hỏi quan trọng nhất trong vật lý hiện đại bằng cách nghiên cứu cẩn thận neutrino, một trong những hạt cơ bản ít được hiểu nhất.

Vào tháng 2017 năm XNUMX, một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã công bố một bài báo trên tạp chí Physical Review D đề xuất việc sử dụng khá sáng tạo DUNE như một máy quét để nghiên cứu bên trong Trái đất. Đối với sóng địa chấn và lỗ khoan, một phương pháp mới để nghiên cứu bên trong hành tinh sẽ được thêm vào, có lẽ sẽ cho chúng ta thấy một bức tranh hoàn toàn mới về nó. Tuy nhiên, hiện tại đây chỉ là một ý tưởng.

Từ vật chất tối của vũ trụ, chúng ta tiến đến bên trong hành tinh của chúng ta, không kém phần tối tăm đối với chúng ta. và khả năng xuyên thủng của những thứ này thật đáng kinh ngạc, nhưng không bằng sự lo lắng rằng chúng ta không nhìn thấy tất cả các vật thể tương đối gần Trái đất, đặc biệt là những vật thể đang trên đường va chạm với nó.

Tuy nhiên, đây là một chủ đề hơi khác, mà gần đây chúng ta đã thảo luận chi tiết trong MT. Mong muốn phát triển các phương pháp quan sát của chúng tôi là hoàn toàn chính đáng trong mọi bối cảnh.