Lucruri care în prezent sunt invizibile

Lucrurile pe care știința le cunoaște și le vede sunt doar o mică parte din ceea ce probabil există. Desigur, știința și tehnologia nu ar trebui să ia „viziunea” la propriu. Deși ochii noștri nu le pot vedea, știința a fost capabilă de multă vreme să „vadă” lucruri precum aerul și oxigenul pe care îl conține, undele radio, lumina ultravioletă, radiația infraroșie și atomii.

Vedem și într-un anumit sens antimaterieatunci când interacționează violent cu materia obișnuită și asta, în general, este o problemă mai dificilă, pentru că, deși am văzut acest lucru în efectele interacțiunii, într-un sens mai holistic, ca vibrații, a fost evaziv pentru noi până în 2015.

Cu toate acestea, încă, într-un fel, nu „vedem” gravitația, deoarece nu am descoperit încă un singur purtător al acestei interacțiuni (adică, de exemplu, o particulă ipotetică numită graviton). Merită menționat aici că există o oarecare analogie între istoria gravitației și .

Vedem acțiunea acestuia din urmă, dar nu o observăm direct, nu știm în ce constă. Cu toate acestea, există o diferență fundamentală între aceste fenomene „invizibile”. Nimeni nu a pus la îndoială gravitatea. Dar cu materia întunecată (1) este diferit.

Cum g energie întunecatădespre care se spune că conține chiar mai mult decât materie întunecată. Existența sa a fost dedusă ca o ipoteză bazată pe comportamentul universului ca întreg. „A-l vedea” este probabil să fie chiar mai dificil decât materia întunecată, fie doar pentru că experiența noastră comună ne învață că energia, prin însăși natura ei, rămâne ceva mai puțin accesibil simțurilor (și instrumentelor de observație) decât materiei.

Conform ipotezelor moderne, ambele întunecate ar trebui să reprezinte 96% din conținutul său.

Deci, de fapt, chiar și universul însuși este în mare parte invizibil pentru noi, ca să nu mai vorbim că atunci când vine vorba de limitele sale, le cunoaștem doar pe cele care sunt determinate de observația umană, și nu pe cele care ar fi adevăratele sale extreme - dacă acestea există. deloc.

Ceva ne trage împreună cu întreaga galaxie

Invizibilitatea unor lucruri în spațiu poate fi îngrozitoare, cum ar fi faptul că 100 de galaxii învecinate se deplasează continuu către un punct misterios al universului cunoscut sub numele de Mare atractor. Această regiune se află la aproximativ 220 de milioane de ani lumină distanță, iar oamenii de știință o numesc anomalie gravitațională. Se crede că Marele Atractor are o masă de cvadrilioane de sori.

Să începem cu faptul că se extinde. Acest lucru se întâmplă de la Big Bang, iar viteza actuală a acestui proces este estimată la 2,2 milioane de kilometri pe oră. Asta înseamnă că galaxia noastră și galaxia ei vecină Andromeda trebuie să se miște și ele cu această viteză, nu? Nu chiar.

În anii 70 am creat hărți detaliate ale spațiului cosmic. Fundal cu microunde (CMB) Univers și am observat că o parte a Căii Lactee este mai caldă decât cealaltă. Diferența era mai mică de o sutime de grad Celsius, dar ne-a fost suficient să înțelegem că ne deplasam cu o viteză de 600 km pe secundă spre constelația Centaurus.

Câțiva ani mai târziu, am descoperit că nu numai noi, ci toți cei aflați la o sută de milioane de ani lumină de noi, ne îndreptam în aceeași direcție. Există un singur lucru care poate rezista expansiunii pe distanțe atât de mari și acesta este gravitația.

Andromeda, de exemplu, trebuie să se îndepărteze de noi, dar în 4 miliarde de ani va trebui să... ne ciocnim cu ea. O masă suficientă poate rezista expansiunii. La început, oamenii de știință au crezut că această viteză se datorează locației noastre la periferia așa-numitului Supercluster Local.

De ce ne este atât de greu să vedem acest mare atractor misterios? Din păcate, aceasta este propria noastră galaxie, care ne blochează vederea. Prin centura Căii Lactee, nu putem vedea aproximativ 20% din univers. Se întâmplă că el merge exact acolo unde este Marele Atractor. Teoretic, este posibil să pătrundem în acest văl cu observații cu raze X și în infraroșu, dar acest lucru nu oferă o imagine clară.

În ciuda acestor dificultăți, s-a constatat că într-o regiune a Marelui Atractor, la o distanță de 150 de milioane de ani lumină, există o galactică. Cluster Norma. În spatele lui se află un supercluster și mai masiv, la 650 de milioane de ani lumină distanță, care conține o masă de 10. galaxie, unul dintre cele mai mari obiecte din univers cunoscute de noi.

Deci, oamenii de știință sugerează că Marele Atractor centru de greutate multe superclustere de galaxii, inclusiv a noastră - aproximativ 100 de obiecte în total, precum Calea Lactee. Există, de asemenea, teorii conform cărora este o colecție uriașă de energie întunecată sau o zonă de mare densitate cu o atracție gravitațională uriașă.

Unii cercetători cred că aceasta este doar o pregustare a... sfârșitului final al universului. Marea Depresiune va însemna că universul se va îngroșa în câteva trilioane de ani, când expansiunea va încetini și va începe să se inverseze. În timp, acest lucru ar duce la un supermasiv care ar mânca totul, inclusiv pe sine.

Cu toate acestea, după cum observă oamenii de știință, expansiunea Universului va învinge în cele din urmă puterea Marelui Atractor. Viteza noastră către ea este doar o cincime din viteza cu care totul se extinde. Vasta structură locală a Laniakea (2) din care facem parte va trebui într-o zi să se disipeze, la fel ca multe alte entități cosmice.

A cincea forță a naturii

Ceva ce nu putem vedea, dar care a fost serios suspectat în ultimul timp, este așa-numitul al cincilea impact.

Descoperirea a ceea ce este raportat în mass-media implică speculații despre o nouă particulă ipotetică cu un nume intrigant. X17poate ajuta la explicarea misterului materiei întunecate și al energiei întunecate.

Sunt cunoscute patru interacțiuni: gravitație, electromagnetism, interacțiuni atomice puternice și slabe. Efectele celor patru forțe cunoscute asupra materiei, de la micro-tărâmul atomilor până la scara colosală a galaxiilor, sunt bine documentate și în majoritatea cazurilor de înțeles. Cu toate acestea, când te gândești că aproximativ 96% din masa universului nostru este alcătuită din lucruri obscure, inexplicabile numite materie întunecată și energie întunecată, nu este surprinzător faptul că oamenii de știință au bănuit de mult că aceste patru interacțiuni nu reprezintă totul în cosmos. . continuă.

O încercare de a descrie o nouă forță, al cărei autor este o echipă condusă de Attila Krasnagorskaya (3), fizica de la Institutul de Cercetări Nucleare (ATOMKI) al Academiei Maghiare de Științe, despre care am auzit toamna trecută, nu a fost primul indiciu al existenței unor interacțiuni misterioase.

Aceiași oameni de știință au scris pentru prima dată despre „a cincea forță” în 2016, după ce au efectuat un experiment pentru a transforma protonii în izotopi, care sunt variante ale elementelor chimice. Cercetătorii au urmărit cum protonii transformau un izotop cunoscut sub numele de litiu-7 într-un tip instabil de atom numit beriliu-8.

3. prof. Attila Krasnohorkai (dreapta)

Când beriliul-8 s-a degradat, s-au format perechi de electroni și pozitroni, care s-au respins unul pe altul, făcând particulele să zboare în unghi. Echipa se aștepta să vadă o corelație între energia luminoasă emisă în timpul procesului de dezintegrare și unghiurile la care particulele zboară separat. În schimb, electronii și pozitronii au fost deviați cu 140 de grade de aproape șapte ori mai des decât au prezis modelele lor, un rezultat neașteptat.

„Toate cunoștințele noastre despre lumea vizibilă pot fi descrise folosind așa-numitul model standard al fizicii particulelor”, scrie Krasnagorkay. „Cu toate acestea, nu furnizează particule mai grele decât un electron și mai ușoare decât un muon, care este de 207 de ori mai greu decât un electron. Dacă găsim o nouă particulă în fereastra de masă de mai sus, aceasta ar indica o nouă interacțiune neinclusă în modelul standard.

Obiectul misterios este numit X17 din cauza masei sale estimate de 17 megaelectronvolți (MeV), de aproximativ 34 de ori mai mare decât a unui electron. Cercetătorii au urmărit degradarea tritiului în heliu-4 și au observat din nou o descărcare diagonală ciudată, indicând o particule cu o masă de aproximativ 17 MeV.

„Fotonul mediază forța electromagnetică, gluonul mediază forța puternică, iar bosonii W și Z mediază forța slabă”, a explicat Krasnahorkai.

„Particula noastră X17 trebuie să medieze o nouă interacțiune, a cincea. Noul rezultat reduce probabilitatea ca primul experiment să fi fost doar o coincidență sau ca rezultatele să fi cauzat o eroare de sistem.”

Materia întunecată sub picioare

Din marele Univers, din vagul tărâm al ghicitorilor și misterelor marii fizici, să ne întoarcem pe Pământ. Ne confruntăm aici cu o problemă destul de surprinzătoare... de a vedea și a descrie cu exactitate tot ceea ce este în interior (4).

Acum câțiva ani am scris în MT despre misterul miezului pământuluică un paradox este legat de crearea lui și nu se știe exact care sunt natura și structura lui. Avem metode precum testarea cu unde seismice, a reușit să dezvolte și un model al structurii interne a Pământului, pentru care există acord științific.

totuși în comparație cu stelele și galaxiile îndepărtate, de exemplu, înțelegerea noastră a ceea ce se află sub picioarele noastre este slabă. Obiectele spațiale, chiar și cele foarte îndepărtate, le vedem pur și simplu. Nu același lucru se poate spune despre miez, straturile mantalei sau chiar și straturile mai profunde ale scoarței terestre..

Numai cea mai directă cercetare este disponibilă. Văile de munte expun stânci până la câțiva kilometri adâncime. Cele mai adânci puțuri de explorare se extind până la o adâncime de puțin peste 12 km.

Informațiile despre roci și minerale care construiesc altele mai adânci sunt furnizate de xenoliți, de exemplu. fragmente de roci smulse și duse din măruntaiele Pământului ca urmare a proceselor vulcanice. Pe baza lor, petrologii pot determina compoziția mineralelor la o adâncime de câteva sute de kilometri.

Raza Pământului este de 6371 km, ceea ce nu este o cale ușoară pentru toți „infiltrații” noștri. Datorită presiunii și temperaturii enorme care ajung la aproximativ 5 grade Celsius, este greu de așteptat ca cel mai adânc interior să devină accesibil pentru observare directă în viitorul apropiat.

Deci, de unde știm ce știm despre structura interiorului Pământului? Astfel de informații sunt furnizate de undele seismice generate de cutremure, adică. unde elastice care se propagă într-un mediu elastic.

Și-au luat numele de la faptul că sunt generați de lovituri. Două tipuri de unde elastice (seismice) se pot propaga într-un mediu elastic (muntos): mai rapid - longitudinal și mai lent - transversal. Primele sunt oscilații ale mediului care au loc de-a lungul direcției de propagare a undei, în timp ce în oscilațiile transversale ale mediului au loc perpendicular pe direcția de propagare a undei.

Undele longitudinale sunt înregistrate mai întâi (lat. primae), iar undele transversale sunt înregistrate pe al doilea (lat. secundae), de unde marcarea lor tradițională în seismologie - unde longitudinale p și transversale s. Undele P sunt de aproximativ 1,73 ori mai rapide decât s.

Informațiile furnizate de undele seismice fac posibilă construirea unui model al interiorului Pământului pe baza proprietăților elastice. Putem defini alte proprietăți fizice pe baza câmp gravitațional (densitate, presiune), observație curenti magnetotelurici generate în mantaua Pământului (distribuţia conductibilităţii electrice) sau descompunerea fluxului de căldură al Pământului.

Compoziția petrologică poate fi determinată prin comparație cu studiile de laborator ale proprietăților mineralelor și rocilor în condiții de presiuni și temperaturi ridicate.

Pământul radiază căldură și nu se știe de unde provine. Recent, a apărut o nouă teorie legată de cele mai evazive particule elementare. Se crede că indicii importante despre misterul căldurii radiate din interiorul planetei noastre pot fi furnizate de natură. neutrini - particule de masă extrem de mică - emise de procesele radioactive care au loc în intestinele Pământului.

Principalele surse cunoscute de radioactivitate sunt toriul instabil și potasiul, așa cum știm din probele de rocă de până la 200 km sub suprafața pământului. Ce se află mai adânc este deja necunoscut.

Noi stim asta geoneutrino cele emise în timpul descompunerii uraniului au mai multă energie decât cele emise în timpul descompunerii potasiului. Astfel, măsurând energia geoneutrinilor, putem afla din ce material radioactiv provin aceștia.

Din păcate, geoneutrinii sunt foarte greu de detectat. Prin urmare, prima lor observație din 2003 a necesitat un detector uriaș subteran plin cu cca. tone de lichid. Acești detectoare măsoară neutrinii prin detectarea coliziunilor cu atomii dintr-un lichid.

De atunci, geoneutrinii au fost observați doar într-un singur experiment folosind această tehnologie (5). Ambele măsurători arată asta Aproximativ jumătate din căldura Pământului din radioactivitate (20 terawatt) poate fi explicată prin descompunerea uraniului și a toriului. Sursa celor 50% rămase... încă nu se știe ce.

5. Harta model a intensității emisiilor de geoneutrini pe Pământ – prognoze

În iulie 2017, a început construcția clădirii, cunoscută și sub numele DUNĂprogramată pentru finalizare în jurul anului 2024. Instalația va fi situată la aproape 1,5 km sub pământ în fostul Homestack, Dakota de Sud.

Oamenii de știință plănuiesc să folosească DUNE pentru a răspunde la cele mai importante întrebări din fizica modernă, studiind cu atenție neutrinii, una dintre particulele fundamentale cel mai puțin înțelese.

În august 2017, o echipă internațională de oameni de știință a publicat un articol în revista Physical Review D, propunând o utilizare destul de inovatoare a DUNE ca scaner pentru a studia interiorul Pământului. La undele seismice și forajele s-ar adăuga o nouă metodă de studiere a interiorului planetei, care, poate, ne-ar arăta o imagine complet nouă a acesteia. Cu toate acestea, aceasta este doar o idee pentru moment.

Din materia întunecată cosmică, am ajuns în interiorul planetei noastre, nu mai puțin întunecat pentru noi. iar impenetrabilitatea acestor lucruri este deconcertant, dar nu la fel de mult ca anxietatea că nu vedem toate obiectele care sunt relativ aproape de Pământ, în special cele care se află în calea ciocnirii cu acesta.

Cu toate acestea, acesta este un subiect ușor diferit, despre care am discutat recent în detaliu în MT. Dorința noastră de a dezvolta metode de observare este pe deplin justificată în toate contextele.