Sve ?to vidimo oko sebe (zvijezde i galaksije) nije vi?e od 4-5% ukupne mase u Univerzumu!

Prema modernim kosmolo?kim teorijama, na? Univerzum se sastoji od samo 5% obi?ne, takozvane barionske materije, koja formira sve vidljive objekte; 25% tamne materije otkriveno zbog gravitacije; i tamne energije, ?ine?i ?ak 70% ukupnog broja.

Termini tamna energija i tamna materija nisu u potpunosti uspje?ni i predstavljaju doslovni, ali ne i semanti?ki prijevod s engleskog.

U fizi?kom smislu, ovi pojmovi samo impliciraju da te tvari ne stupaju u interakciju s fotonima, te bi se jednako lako mogle nazvati nevidljivom ili prozirnom materijom i energijom.

Mnogi moderni nau?nici su uvjereni da ?e istra?ivanja usmjerena na prou?avanje tamne energije i materije vjerovatno pomo?i u odgovoru na globalno pitanje: ?ta ?eka na? Univerzum u budu?nosti?

Skupine veli?ine galaksije

Tamna materija je supstanca koja se najvjerovatnije sastoji od novih ?estica koje su jo? uvijek nepoznate u zemaljskim uvjetima i ima svojstva svojstvena samoj obi?noj materiji. Na primjer, tako?er je sposoban, poput obi?nih tvari, da se skuplja u nakupine i u?estvuje u gravitacijskim interakcijama. Ali veli?ina ovih takozvanih nakupina mo?e prema?iti cijelu galaksiju ili ?ak jato galaksija.

Pristupi i metode za prou?avanje ?estica tamne materije

U ovom trenutku, nau?nici ?irom svijeta poku?avaju na sve mogu?e na?ine da otkriju ili umjetno do?u do ?estica tamne materije u zemaljskim uvjetima, koriste?i posebno razvijenu ultra-tehnolo?ku opremu i mnoge razli?ite istra?iva?ke metode, ali do sada svi njihovi napori nisu okrunjeni sa uspehom.

Jedna metoda uklju?uje provo?enje eksperimenata na visokoenergetskim akceleratorima, poznatim kao sudara?i. Nau?nici, vjeruju?i da su ?estice tamne materije 100-1000 puta te?e od protona, pretpostavljaju da ?e se morati generirati u sudaru obi?nih ?estica ubrzanih do visokih energija kroz sudara?. Su?tina druge metode je da se registruju ?estice tamne materije koje se nalaze svuda oko nas. Glavna pote?ko?a u registraciji ovih ?estica je ta ?to pokazuju vrlo slabu interakciju s obi?nim ?esticama, koje su im inherentno transparentne. Pa ipak, ?estice tamne materije se vrlo rijetko sudaraju s atomskim jezgrama i postoji nada da ?e se ovaj fenomen prije ili kasnije registrovati.

Postoje i drugi pristupi i metode za prou?avanje ?estica tamne materije i samo ?e vrijeme pokazati koji ?e od njih uspjeti, ali u svakom slu?aju, otkri?e ovih novih ?estica bit ?e najva?nije znanstveno dostignu?e.

Supstanca sa antigravitacijom

Tamna energija je jo? neobi?nija supstanca od tamne materije. Nema sposobnost da se skuplja u grudve, zbog ?ega je ravnomjerno raspore?en po cijelom Univerzumu. Ali njegovo najneobi?nije svojstvo u ovom trenutku je antigravitacija.

Priroda tamne materije i crnih rupa

Zahvaljuju?i modernim astronomskim metodama, mogu?e je odrediti brzinu ?irenja Univerzuma u sada?njem trenutku i simulirati proces njegove promjene ranije u vremenu. Kao rezultat toga, dobijena je informacija da se u ovom trenutku, kao iu nedavnoj pro?losti, na? Univerzum ?iri, a tempo ovog procesa se stalno pove?ava. Zbog toga se pojavila hipoteza o antigravitaciji tamne energije, budu?i da bi obi?na gravitaciona privla?nost imala usporavanje na proces "rasipanja galaksija", ograni?avaju?i brzinu ?irenja Univerzuma. Ovaj fenomen nije u suprotnosti sa op?om teorijom relativnosti, ali tamna energija mora imati negativan pritisak - svojstvo koje nema nijedna trenutno poznata supstanca.

Kandidati za ulogu "Tamne energije"

Masa galaksija u jatu Abel 2744 je manja od 5 posto njegove ukupne mase. Ovaj plin je toliko vru? da svijetli samo na rendgenskim zracima (crveno na ovoj slici). Distribucija nevidljive tamne materije (koja ?ini oko 75 posto mase klastera) obojena je plavom bojom.

Jedan od pretpostavljenih kandidata za ulogu tamne energije je vakuum, ?ija gustina energije ostaje nepromenjena tokom ?irenja Univerzuma i time potvr?uje negativan pritisak vakuuma. Jo? jedan potencijalni kandidat je "kvintesencija" - ranije nepoznato ultra-slabo polje koje navodno prolazi kroz cijeli Univerzum. Postoje i drugi mogu?i kandidati, ali nijedan od njih do sada nije doprinio da se dobije ta?an odgovor na pitanje: ?ta je tamna energija? Ali ve? je jasno da je tamna energija ne?to potpuno natprirodno i ostaje glavna misterija fundamentalne fizike 21. veka.

Termin "tamna materija" (ili skrivena masa) koristi se u razli?itim oblastima nauke: kosmologiji, astronomiji, fizici. Rije? je o hipoteti?kom objektu - obliku prostornog i vremenskog sadr?aja koji je u direktnoj interakciji s elektromagnetnim zra?enjem i ne dozvoljava mu da pro?e kroz sebe.

Tamna materija – ?ta je to?

Od pamtivijeka ljudi su bili zabrinuti za porijeklo Univerzuma i procese koji ga oblikuju. U doba tehnologije napravljena su va?na otkri?a i teorijski okvir je zna?ajno pro?iren. Godine 1922. britanski fizi?ar James Jeans i holandski astronom Jacobus Kapteyn otkrili su da je ve?ina galakti?ke materije nevidljiva. Tada je prvi put upotrijebljen izraz tamna tvar - to je supstanca koja se ne mo?e vidjeti nijednom od metoda poznatih ?ovje?anstvu. Prisustvo misteriozne supstance nazna?eno je indirektnim znacima - gravitaciono polje, te?ina.

Tamna materija u astronomiji i kosmologiji

Pretpostavljaju?i da se svi objekti i dijelovi u svemiru privla?e jedni prema drugima, astronomi su uspjeli prona?i masu vidljivog prostora. Ali otkriveno je neslaganje u stvarnim i predvi?enim te?inama. I nau?nici su otkrili da postoji nevidljiva masa, koja ?ini do 95% sve nepoznate esencije u Univerzumu. Tamna materija u svemiru ima slede?e karakteristike:

• podlo?an gravitaciji;
• uti?e na druge svemirske objekte,
• slabo komunicira sa stvarnim svijetom.

Tamna materija - filozofija

Tamna materija zauzima posebno mjesto u filozofiji. Ova nauka se bavi prou?avanjem svetskog poretka, osnova postojanja, sistema vidljivih i nevidljivih svetova. Kao temeljni princip uzeta je odre?ena supstanca odre?ena prostorom, vremenom i okolnim faktorima. Tajanstvena tamna materija svemira, otkrivena mnogo kasnije, promijenila je razumijevanje svijeta, njegove strukture i evolucije. U filozofskom smislu, nepoznata supstanca, poput ugru?ka energije prostora i vremena, prisutna je u svakom od nas, stoga su ljudi smrtni, jer se sastoje od vremena, koje ima kraj.

Za?to je potrebna tamna materija?

Samo mali dio svemirskih objekata (planeta, zvijezda, itd.) je vidljiva materija. Po standardima raznih nau?nika, tamna energija i tamna materija zauzimaju gotovo sav prostor u Svemiru. Prvi ?ini 21-24%, dok energija zauzima 72%. Svaka supstanca nepoznate fizi?ke prirode ima svoje funkcije:

1. Crna energija, koja niti apsorbira niti emituje svjetlost, gura objekte, uzrokuju?i ?irenje svemira.
2. Galaksije su izgra?ene na osnovu skrivene mase, njena sila privla?i objekte u svemiru i dr?i ih na njihovim mestima. Odnosno, usporava ?irenje Univerzuma.

Od ?ega je napravljena tamna materija?

Tamna materija u Sun?evom sistemu je ne?to ?to se ne mo?e dodirnuti, ispitati ili temeljno prou?avati. Stoga se postavlja nekoliko hipoteza o njegovoj prirodi i sastavu:

1. Nauci nepoznate ?estice koje u?estvuju u gravitaciji su komponenta ove supstance. Nemogu?e ih je otkriti teleskopom.
2. Fenomen je skup malih crnih rupa (ne ve?e od Mjeseca).

Mogu?e je razlikovati dvije vrste skrivene mase ovisno o brzini njenih sastavnih ?estica i gusto?i njihove akumulacije.

1. Hot. Nije dovoljno formirati galaksije.
2. Hladno. Sastoji se od sporih, masivnih ugru?aka. Ove komponente mogu biti aksioni i bozoni poznati nauci.

Da li tamna materija postoji?

Svi poku?aji mjerenja objekata neistra?ene fizi?ke prirode nisu donijeli uspjeh. Godine 2012. prou?avano je kretanje 400 zvijezda oko Sunca, ali nije dokazano prisustvo skrivene materije u velikim koli?inama. ?ak i ako tamna materija ne postoji u stvarnosti, ona postoji u teoriji. Uz njegovu pomo? obja?njava se lokacija objekata u svemiru na njihovim mjestima. Neki nau?nici pronalaze dokaze o skrivenoj kosmi?koj masi. Njegovo prisustvo u svemiru obja?njava ?injenicu da se jata galaksija ne razlije?u u razli?itim smjerovima i dr?e se zajedno.

Tamna materija - zanimljive ?injenice

Priroda skrivene mase ostaje misterija, ali nastavlja da zanima nau?ne umove ?irom sveta. Redovno se provode eksperimenti radi prou?avanja same supstance i njenih nuspojava. A ?injenice o njoj nastavljaju da se mno?e. Na primjer:

1. Mnogo hvaljeni Veliki hadronski sudara?, najmo?niji akcelerator ?estica na svijetu, puca na sve cilindre kako bi otkrio postojanje nevidljive materije u svemiru. Svjetska zajednica sa zanimanjem i??ekuje rezultate.
2. Japanski nau?nici kreirali su prvu mapu skrivene mase u svemiru na svijetu. Planirano je da bude zavr?en do 2019. godine.
3. Nedavno je teorijska fizi?arka Lisa Randall sugerirala da su tamna materija i dinosauri povezani. Ova supstanca je poslala kometu na Zemlju, koja je uni?tila ?ivot na planeti.

Komponente na?e galaksije i ?itavog Univerzuma su svijetla i tamna materija, odnosno vidljivi i nevidljivi objekti. Ako se moderna tehnologija nosi sa prou?avanjem prvih, metode se stalno usavr?avaju, onda je vrlo problemati?no prou?avati skrivene supstance. ?ove?anstvo jo? nije shvatilo ovaj fenomen. Nevidljiva, nematerijalna, ali sveprisutna tamna materija bila je i ostala jedna od glavnih misterija Univerzuma.

Tamna materija je jo? jedno od otkri?a ?ovje?anstva "na vrhu pera". Niko to nikada nije osjetio, ne emituje elektromagnetne valove i ne komunicira s njima. Vi?e od pola stolje?a ne postoje eksperimentalni dokazi o postojanju tamne materije, daju se samo eksperimentalni prora?uni koji navodno potvr?uju njeno postojanje. Ali u ovom trenutku ovo je samo hipoteza astrofizi?ara. Me?utim, treba napomenuti da je ovo jedna od najintrigantnijih i vrlo razumnih nau?nih hipoteza.

Sve je po?elo po?etkom pro?log veka: astronomi su primetili da je slika sveta koju su posmatrali ne uklapa se u teoriju gravitacije. Teoretski, galaksije, koje imaju izra?unatu masu, rotiraju br?e nego ?to bi trebalo.

To zna?i da one (galaksije) imaju mnogo ve?u masu nego ?to sugeriraju prora?uni iz obavljenih opservacija. Ali budu?i da se jo? uvijek rotiraju, onda ili teorija gravitacije nije ta?na, ili ova teorija ne "radi" na objektima kao ?to su galaksije. Ili postoji vi?e materije u Univerzumu nego ?to savremeni instrumenti mogu da otkriju. Ova teorija je postala popularnija me?u nau?nicima, a ova nematerijalna hipoteti?ka supstanca nazvana je tamna materija.
Iz prora?una ispada da je tamne materije u galaksijama otprilike 10 puta vi?e nego ina?e i da razli?ite materije me?usobno djeluju samo na gravitacijskom nivou, odnosno tamna materija se manifestira isklju?ivo u obliku mase.
Neki nau?nici sugeri?u da neki Crna materija- Ovo je obi?na supstanca, ali ne emituje elektromagnetno zra?enje. Takvi objekti uklju?uju tamne galakti?ke oreole, neutronske zvijezde i sme?e patuljke, kao i druge, jo? uvijek hipoteti?ke, svemirske objekte.

Ako vjerujete u zaklju?ke nau?nika, tada se sakuplja obi?na materija (uglavnom sadr?ana u galaksijama)
oko podru?ja s najgu??om koncentracijom tamne tvari. Na rezultiraju?em prostoru
Na mapi, tamna materija je neujedna?ena mre?a d?inovskih niti tokom vremena
pove?anje i smanjenje na mjestima galakti?kih jata.

Tamna materija se deli u nekoliko klasa: topla, topla i hladna (ovo zavisi od brzine ?estica od kojih se sastoji). Tako se razlikuje vru?a, topla i hladna tamna materija. Upravo hladna tamna materija je od najve?eg interesa za astronome, jer mo?e formirati stabilne objekte, na primjer, cijele tamne galaksije.
Teorija tamne materije se tako?e uklapa u teoriju Velikog praska. Stoga nau?nici pretpostavljaju da su se 300 hiljada godina nakon eksplozije ?estice tamne materije najprije po?ele skupljati u ogromnim koli?inama, a nakon toga su se formirale ?estice obi?ne materije koje su se na njih skupile silom gravitacije i galaksija.
Ovi iznena?uju?i nalazi zna?e da je masa obi?ne materije samo nekoliko procenata ukupne mase Univerzuma!!!

To jest, svijet koji vidimo je samo mali dio onoga od ?ega se Univerzum zapravo sastoji. A ne mo?emo ni da zamislimo ?ta je to ogromno „ne?to“.

Do danas, misterija odakle dolazi tamna materija nije rije?ena. Postoje teorije koje sugeriraju da se sastoji od me?uzvjezdanog plina niske temperature. U tom slu?aju tvar ne mo?e proizvesti nikakvo zra?enje. Me?utim, postoje teorije protiv ove ideje. Ka?u da se plin mo?e zagrijati, ?to dovodi do ?injenice da postaju obi?ne "barionske" tvari. Ovu teoriju podr?ava ?injenica da masa gasa u hladnom stanju ne mo?e eliminisati deficit koji nastaje.

Postoji toliko mnogo pitanja o teorijama tamne materije da je vrijedno razmotriti ih malo vi?e.

?ta je tamna materija?

Pitanje ?ta je tamna materija pojavilo se prije otprilike 80 godina. Jo? na po?etku 20. veka. U to vrijeme, ?vicarski astronom F. Zwicky do?ao je na ideju da je masa svih galaksija u stvarnosti ve?a od mase svih onih objekata koji se mogu vidjeti vlastitim plinovima u teleskopu. Svi brojni tragovi nagove?tavali su da postoji ne?to nepoznato u svemiru ?to ima impresivnu masu. Odlu?eno je da se ovoj neobja?njivoj supstanci da naziv "tamna supstanca".

Ova nevidljiva supstanca zauzima najmanje ?etvrtinu ?itavog Univerzuma. Posebnost ove tvari je u tome ?to njene ?estice slabo komuniciraju jedna s drugom i s obi?nim drugim tvarima. Ova interakcija je toliko slaba da je nau?nici ne mogu ni otkriti. U stvari, postoje samo znaci uticaja ?estica.

Prou?avanje ove problematike provode najve?i umovi ?irom svijeta, pa ?ak i najve?i skeptici u svijetu vjeruju da ?e biti mogu?e uhvatiti ?estice supstance. Najpo?eljniji cilj je da se to uradi u laboratorijskim uslovima. Radovi se izvode u rudnicima na velikim dubinama, takvi uslovi za eksperimente su neophodni da bi se eliminisale smetnje koje izazivaju ?estice zraka iz svemira.

Postoji mogu?nost da ?e se mnogo novih informacija dobiti zahvaljuju?i modernim akceleratorima, posebno uz pomo? Velikog hadronskog sudara?a.

?estice tamne materije imaju jednu ?udnu osobinu - me?usobno uni?tavanje. Kao rezultat takvih procesa pojavljuju se gama zra?enje, anti?estice i ?estice (kao ?to su elektron i pozitron). Stoga astrofizi?ari poku?avaju prona?i tragove gama zra?enja ili anti?estica. Za to se koriste razli?ite zemaljske i prostorne instalacije.

Dokazi za postojanje tamne materije

Prve sumnje u ispravnost prora?una mase Univerzuma, kao ?to je ve? spomenuto, podijelio je i astronom iz ?vicarske F. Zwicky. Za po?etak je odlu?io da izmjeri brzinu galaksija iz jata Koma koje se kre?u oko centra. I rezultat njegovog rada ga je donekle zbunio, jer se pokazalo da je brzina kretanja ovih galaksija ve?a nego ?to je o?ekivao. Osim toga, on je unaprijed izra?unao ovu vrijednost. Ali rezultati nisu bili isti.

Zaklju?ak je bio o?igledan: stvarna masa klastera bila je mnogo ve?a od prividne. Ovo bi se moglo objasniti ?injenicom da se ve?ina materije koja se nalazi u ovom dijelu Univerzuma ne mo?e vidjeti, a tako?e je nemogu?e ni posmatrati. Ova tvar pokazuje svoja svojstva samo u obliku mase.

Brojni gravitacijski eksperimenti potvrdili su prisustvo nevidljive mase u jatu galaksija. Teorija relativnosti ima neku interpretaciju ovog fenomena. Ako ga slijedite, onda je svaka masa sposobna deformirati prostor, osim toga, poput so?iva, savija direktan tok svjetlosnih zraka. Jato galaksija izaziva izobli?enje, njegov uticaj je toliko jak da postaje primetan. Pogled na galaksiju koja se nalazi neposredno iza jata je najiskrivljeniji. Ovo izobli?enje se koristi za izra?unavanje na?ina na koji je materija raspore?ena u ovom klasteru. Ovako se mjeri stvarna masa. Uvek se ispostavlja da je nekoliko puta ve?a od mase vidljive materije.

?etiri decenije nakon rada pionira u ovoj oblasti, F. Zwickyja, ameri?ki astronom V. Rubin se bavio ovim pitanjem. Prou?avala je brzinu kojom se materija, koja se nalazi na rubovima galaksija, rotira oko centra galaksije. Ako slijedimo Keplerove zakone koji se odnose na zakone gravitacije, onda postoji odre?ena veza izme?u brzine rotacije galaksija i udaljenosti do centra.

Ali u stvarnosti, mjerenja su pokazala da se brzina rotacije ne mijenja s pove?anjem udaljenosti do centra. Takvi podaci mogli bi se objasniti samo na jedan na?in - materija galaksije ima istu gustinu i u centru i na rubovima. Ali vidljiva tvar imala je mnogo ve?u gusto?u u centru i karakterizirala je rijetkost na rubovima, a nedostatak gustine mogao se objasniti samo prisutno??u neke supstance koja nije bila vidljiva oku.

Da bismo objasnili ovaj fenomen, neophodno je da u galaksijama ima skoro 10 puta vi?e ove nevidljive materije nego materije koju mo?emo da vidimo. Ova nepoznata supstanca se naziva "tamna materija" ili "tamna materija". Do danas, ovaj fenomen ostaje najzanimljivija misterija za astrofizi?are.

Postoji jo? jedan argument u prilog dokazima o postojanju tamne materije. To proizilazi iz prora?una koji opisuju proces formiranja galaksija. Vjeruje se da je ovo po?elo otprilike 300.000 godina nakon Velikog praska. Rezultati prora?una govore da privla?enje izme?u fragmenata materije koje su se pojavile tokom eksplozije nije moglo nadoknaditi kineti?ku energiju ekspanzije. Odnosno, materija se nije mogla koncentrirati u galaksijama, ali to mo?emo vidjeti danas.

Ova neobja?njiva ?injenica naziva se galakti?kim paradoksom, navodi se kao argument koji uni?tava teoriju Velikog praska. Ali to mo?ete pogledati s druge strane. Na kraju krajeva, ?estice najobi?nije materije mogle bi se pome?ati sa ?esticama tamne materije. Tada prora?uni postaju ispravni i kako su nastale galaksije u kojima se nakupilo mnogo tamne materije, a ?estice obi?ne materije su im se ve? pridru?ile zbog gravitacije. Uostalom, obi?na materija ?ini mali dio ukupne mase Univerzuma.

Vidljiva materija ima relativno nisku gustinu u pore?enju sa tamnom materijom jer je 20 puta gu??a. Dakle, onih 95% mase Univerzuma koje nedostaju prema prora?unima nau?nika su tamna materija.

Me?utim, to je dovelo do zaklju?ka da je ?itav vidljivi svijet, koji je bio prou?avan odozgo i dolje, tako poznat i razumljiv, samo mali dodatak onome ?to je zapravo sa?injeno.

Sve galaksije, planete i zvijezde su samo mali komadi?i ne?ega o ?emu nemamo pojma. To je ono ?to je razotkriveno, a stvarno je skriveno od nas.

Teorijski konstrukt u fizici pod nazivom Standardni model opisuje interakcije svih elementarnih ?estica poznatih nauci. Ali ovo je samo 5% materije koja postoji u Univerzumu, preostalih 95% je potpuno nepoznate prirode. ?ta je to hipoteti?ka tamna materija i kako je nau?nici poku?avaju otkriti? O tome u okviru posebnog projekta govori Hayk Hakobyan, student MIPT-a i zaposlenik Odsjeka za fiziku i astrofiziku.

Standardni model elementarnih ?estica, kona?no potvr?en nakon otkri?a Higgsovog bozona, opisuje fundamentalne interakcije (elektroslabe i jake) obi?nih ?estica koje poznajemo: leptona, kvarkova i nosilaca sile (bozona i gluona). Me?utim, ispostavilo se da cijela ova ogromna slo?ena teorija opisuje samo oko 5-6% ukupne materije, dok se ostatak ne uklapa u ovaj model. Posmatranja najranijih trenutaka na?eg Univerzuma pokazuju nam da je otprilike 95% materije koja nas okru?uje potpuno nepoznate prirode. Drugim re?ima, indirektno vidimo prisustvo ove skrivene materije zbog njenog gravitacionog uticaja, ali jo? nismo bili u mogu?nosti da je direktno uhvatimo. Ovaj skriveni masovni fenomen nosi kodni naziv "tamna materija".

Moderna nauka, posebno kosmologija, radi prema deduktivnoj metodi Sherlocka Holmesa

Sada je glavni kandidat iz WISP grupe aksion, koji nastaje u teoriji jake interakcije i ima vrlo malu masu. Takva ?estica je sposobna da se pretvori u par foton-foton u visokim magnetnim poljima, ?to daje nagove?taje kako bi se moglo poku?ati detektovati. ADMX eksperiment koristi velike komore koje stvaraju magnetno polje od 80.000 gausa (to je 100.000 puta vi?e od magnetnog polja Zemlje). U teoriji, takvo polje bi trebalo stimulirati raspad aksiona u par foton-foton, koji bi detektori trebali uhvatiti. Unato? brojnim poku?ajima, jo? uvijek nije bilo mogu?e otkriti WIMP-ove, aksione ili sterilne neutrine.

Tako smo pro?li kroz ogroman broj razli?itih hipoteza tra?e?i da objasnimo ?udno prisustvo skrivene mase, i, odbaciv?i sve nemogu?nosti uz pomo? zapa?anja, do?li smo do nekoliko mogu?ih hipoteza s kojima ve? mo?emo raditi.

Negativan rezultat u nauci je tako?er rezultat, jer daje ograni?enja na razli?ite parametre ?estica, na primjer, eliminira raspon mogu?ih masa. Iz godine u godinu, sve vi?e novih opa?anja i eksperimenata u akceleratorima daju nova, stro?a ograni?enja na masu i druge parametre ?estica tamne materije. Tako, odbacuju?i sve nemogu?e opcije i su?avaju?i krug tra?enja, iz dana u dan postajemo sve bli?i razumijevanju od ?ega se sastoji 95% materije u na?em Univerzumu.