چیزهایی که در حال حاضر نامرئی هستند

چیزهایی که علم می داند و می بیند تنها بخش کوچکی از آنچه احتمالا وجود دارد است. البته علم و فناوری نباید «دید» را به معنای واقعی کلمه بگیرد. اگرچه چشمان ما نمی توانند آن ها را ببینند، علم مدت هاست قادر به دیدن چیزهایی مانند هوا و اکسیژن موجود در آن، امواج رادیویی، نور فرابنفش، اشعه مادون قرمز و اتم ها بوده است.

ما هم به یک معنا می بینیم ضد مادهوقتی به شدت با ماده معمولی برهمکنش می‌کند، و این به طور کلی مشکل سخت‌تری است، زیرا اگرچه ما این را در تأثیرات برهم‌کنش می‌دیدیم، اما به معنای کل‌نگرتر، به عنوان ارتعاش، تا سال 2015 برای ما گریزان بود.

با این حال، ما هنوز، به یک معنا، گرانش را «نمی‌بینیم»، زیرا هنوز یک حامل منفرد از این برهم‌کنش را کشف نکرده‌ایم (به عنوان مثال، ذره‌ای فرضی به نام گراویتون). در اینجا قابل ذکر است که قیاسی بین تاریخ گرانش و .

ما عمل دومی را می بینیم، اما مستقیماً آن را مشاهده نمی کنیم، نمی دانیم از چه چیزی تشکیل شده است. با این حال، یک تفاوت اساسی بین این پدیده های "نامرئی" وجود دارد. هیچ کس تا به حال گرانش را زیر سوال نبرده است. اما با ماده تاریک (1) فرق می کند.

چگونه g انرژی تاریککه گفته می شود حتی بیشتر از ماده تاریک را شامل می شود. وجود آن به عنوان یک فرضیه بر اساس رفتار جهان به عنوان یک کل استنباط شد. "دیدن" احتمالاً حتی از ماده تاریک دشوارتر است، اگر فقط به این دلیل که تجربه مشترک ما به ما می آموزد که انرژی، به دلیل ماهیت خود، چیزی است که برای حواس (و ابزار مشاهده) کمتر از ماده قابل دسترسی است.

طبق فرضیات مدرن، هر دو تاریک باید 96٪ محتوای آن را تشکیل دهند.

بنابراین، در واقع، حتی خود جهان نیز تا حد زیادی برای ما نامرئی است، ناگفته نماند که وقتی صحبت از حدود آن به میان می‌آید، ما فقط آن‌هایی را می‌شناسیم که توسط مشاهدات انسانی تعیین می‌شوند، و نه آن‌هایی که افراط‌های واقعی آن هستند - اگر وجود داشته باشند. اصلا

چیزی ما را همراه با کل کهکشان می کشاند

نامرئی بودن برخی از چیزها در فضا می تواند آزاردهنده باشد، مانند این واقعیت که 100 کهکشان همسایه به طور مداوم به سمت یک نقطه مرموز در جهان به نام جذب کننده عالی. این منطقه حدود 220 میلیون سال نوری از ما فاصله دارد و دانشمندان آن را ناهنجاری گرانشی می نامند. اعتقاد بر این است که جاذبه بزرگ دارای توده ای از چهار میلیارد خورشید است.

بیایید با این واقعیت شروع کنیم که در حال گسترش است. این اتفاق از زمان انفجار بزرگ رخ داده است و سرعت فعلی این فرآیند 2,2 میلیون کیلومتر در ساعت برآورد شده است. این بدان معناست که کهکشان ما و کهکشان همسایه آن آندرومدا نیز باید با آن سرعت حرکت کنند، درست است؟ نه واقعا.

در دهه 70 ما نقشه های دقیقی از فضای بیرونی ایجاد کردیم. پس زمینه مایکروویو (CMB) کیهان و ما متوجه شدیم که یک طرف کهکشان راه شیری گرمتر از طرف دیگر است. این اختلاف کمتر از یک صدم درجه سانتیگراد بود، اما برای ما کافی بود که بفهمیم با سرعت 600 کیلومتر در ثانیه به سمت صورت فلکی قنطورس حرکت می کنیم.

چند سال بعد متوجه شدیم که نه تنها ما، بلکه همه افراد در فاصله صد میلیون سال نوری از ما در یک جهت حرکت می کنند. تنها یک چیز وجود دارد که می تواند در برابر انبساط در چنین فواصل وسیع مقاومت کند و آن جاذبه است.

به عنوان مثال، آندرومدا باید از ما دور شود، اما در 4 میلیارد سال آینده ما باید ... با او برخورد کنیم. جرم کافی می تواند در برابر انبساط مقاومت کند. در ابتدا دانشمندان تصور می کردند که این سرعت به دلیل قرار گرفتن ما در حومه به اصطلاح ابرخوشه محلی است.

چرا دیدن این جاذبه بزرگ مرموز برای ما سخت است؟ متأسفانه این کهکشان خودمان است که جلوی دید ما را می گیرد. از طریق کمربند کهکشان راه شیری، ما نمی توانیم حدود 20 درصد از جهان را ببینیم. اتفاقاً او دقیقاً به جایی می رود که جذب کننده بزرگ است. از نظر تئوری امکان نفوذ به این حجاب با مشاهدات اشعه ایکس و فروسرخ وجود دارد، اما این تصویر واضحی به دست نمی دهد.

با وجود این مشکلات، مشخص شد که در یک منطقه از جاذبه بزرگ، در فاصله 150 میلیون سال نوری، یک کهکشان وجود دارد. کلاستر نورما. در پشت آن ابرخوشه ای حتی پرجرم تر در فاصله 650 میلیون سال نوری با جرم 10 قرار دارد. کهکشان، یکی از بزرگترین اجرام در جهان شناخته شده برای ما.

بنابراین، دانشمندان پیشنهاد می کنند که جاذبه بزرگ مرکز گرانش بسیاری از ابرخوشه های کهکشان، از جمله کهکشان ما - در مجموع حدود 100 جرم، مانند کهکشان راه شیری. همچنین تئوری هایی وجود دارد مبنی بر اینکه این مجموعه عظیمی از انرژی تاریک یا منطقه ای با چگالی بالا با کشش گرانشی عظیم است.

برخی از محققان بر این باورند که این فقط یک پیش‌طعم از پایان نهایی جهان است. رکود بزرگ به این معنی است که جهان در چند تریلیون سال ضخیم می شود، زمانی که انبساط کند می شود و شروع به معکوس می کند. با گذشت زمان، این منجر به یک ابر عظیم می شود که همه چیز، از جمله خودش را می خورد.

با این حال، همانطور که دانشمندان اشاره می کنند، انبساط جهان در نهایت قدرت جذب کننده بزرگ را شکست خواهد داد. سرعت ما به سمت آن فقط یک پنجم سرعتی است که همه چیز در حال گسترش است. ساختار محلی وسیع Laniakea (2) که ما بخشی از آن هستیم، روزی مانند بسیاری از موجودات کیهانی دیگر باید از بین برود.

نیروی پنجم طبیعت

چیزی که ما نمی توانیم ببینیم، اما اخیراً به طور جدی مشکوک شده است، به اصطلاح ضربه پنجم است.

کشف آنچه در رسانه ها منتشر می شود، شامل گمانه زنی در مورد یک ذره فرضی جدید با نامی جذاب است. X17می تواند به توضیح راز ماده تاریک و انرژی تاریک کمک کند.

چهار برهمکنش شناخته شده است: گرانش، الکترومغناطیس، برهمکنش های اتمی قوی و ضعیف. اثرات چهار نیروی شناخته شده بر ماده، از قلمرو خرد اتم ها تا مقیاس عظیم کهکشان ها، به خوبی مستند و در بیشتر موارد قابل درک است. با این حال، وقتی در نظر بگیرید که تقریباً 96 درصد از جرم جهان ما از چیزهای مبهم و غیرقابل توضیحی به نام ماده تاریک و انرژی تاریک تشکیل شده است، جای تعجب نیست که دانشمندان مدت ها گمان می کنند که این چهار فعل و انفعال همه چیز در کیهان را نشان نمی دهند. . ادامه می دهد.

تلاشی برای توصیف نیروی جدیدی که نویسنده آن تیمی به رهبری آن است آتیلا کراسناگورسکایا (3)، فیزیک در موسسه تحقیقات هسته ای (ATOMKI) آکادمی علوم مجارستان، که پاییز گذشته درباره آن شنیدیم، اولین نشانه وجود برهمکنش های مرموز نبود.

همان دانشمندان برای اولین بار در سال 2016 پس از انجام آزمایشی برای تبدیل پروتون ها به ایزوتوپ ها، که انواعی از عناصر شیمیایی هستند، در مورد "نیروی پنجم" نوشتند. محققان مشاهده کردند که پروتون ها ایزوتوپ معروف به لیتیوم-7 را به نوع ناپایداری از اتم به نام بریلیم-8 تبدیل می کنند.

3. پروفسور آتیلا کراسنوهورکای (راست)

هنگامی که بریلیم-8 تجزیه شد، جفت الکترون و پوزیترون تشکیل شد که یکدیگر را دفع کردند و باعث شدند ذرات با زاویه به بیرون پرواز کنند. این تیم انتظار داشت که بین انرژی نوری ساطع شده در طول فرآیند فروپاشی و زوایایی که ذرات از هم جدا می شوند، ارتباطی ببینند. در عوض، الکترون‌ها و پوزیترون‌ها تقریباً هفت برابر بیشتر از آنچه مدل‌هایشان پیش‌بینی می‌کردند، ۱۴۰ درجه منحرف شدند که نتیجه‌ای غیرمنتظره بود.

کراسناگورکای می نویسد: «تمام دانش ما در مورد جهان مرئی را می توان با استفاده از به اصطلاح مدل استاندارد فیزیک ذرات توصیف کرد. با این حال، هیچ ذره‌ای سنگین‌تر از یک الکترون و سبک‌تر از یک میون، که 207 برابر سنگین‌تر از یک الکترون است، ارائه نمی‌کند. اگر یک ذره جدید در پنجره جرم بالا پیدا کنیم، این نشان دهنده برخی از تعاملات جدید است که در مدل استاندارد گنجانده نشده است.

نام این شی مرموز X17 به دلیل جرم تخمینی آن 17 مگاالکترون ولت (MeV) است که تقریباً 34 برابر یک الکترون است. محققان تجزیه تریتیوم به هلیوم-4 را مشاهده کردند و یک بار دیگر تخلیه مورب عجیبی را مشاهده کردند که نشان دهنده ذره ای با جرم حدود 17 مگا ولت است.

کراسناهورکای توضیح داد: "فوتن واسطه نیروی الکترومغناطیسی، گلوئون واسطه نیروی قوی، و بوزون های W و Z نیروی ضعیف هستند."

ذره X17 ما باید واسطه یک برهمکنش جدید، پنجمین باشد. نتیجه جدید این احتمال را کاهش می دهد که آزمایش اول فقط یک تصادف بوده یا اینکه نتایج باعث خطای سیستم شده است."

ماده تاریک زیر پا

از کیهان بزرگ، از قلمرو مبهم معماها و رازهای فیزیک بزرگ، اجازه دهید به زمین بازگردیم. ما در اینجا با مشکل نسبتاً غافلگیرکننده ای روبرو هستیم ... با دیدن و به تصویر کشیدن دقیق هر چیزی که در داخل است (4).

چند سال پیش در MT در مورد آن نوشتیم رمز و راز هسته زمینکه یک پارادوکس با ایجاد آن مرتبط است و دقیقاً معلوم نیست ماهیت و ساختار آن چیست. ما روش هایی مانند تست با امواج لرزه ای، همچنین موفق به توسعه مدلی از ساختار داخلی زمین شد که توافق علمی برای آن وجود دارد.

اما برای مثال، در مقایسه با ستارگان و کهکشان های دور، درک ما از آنچه زیر پای ما نهفته است ضعیف است. اجسام فضایی، حتی بسیار دور، را به سادگی می بینیم. این را نمی توان در مورد هسته، لایه های گوشته یا حتی لایه های عمیق تر پوسته زمین گفت..

فقط مستقیم ترین تحقیق در دسترس است. دره های کوهستانی سنگ هایی را تا عمق چند کیلومتری در معرض دید قرار می دهند. عمیق ترین چاه های اکتشافی تا عمق کمی بیش از 12 کیلومتر گسترش یافته است.

اطلاعات مربوط به سنگ‌ها و کانی‌هایی که سنگ‌های عمیق‌تری می‌سازند، توسط بیگانه‌سنگ‌ها ارائه شده است. تکه‌های سنگی که در اثر فرآیندهای آتشفشانی از روده‌های زمین جدا شده و دور شده‌اند. بر اساس آنها، سنگ شناسان می توانند ترکیب مواد معدنی را تا عمق چند صد کیلومتری تعیین کنند.

شعاع زمین 6371 کیلومتر است که برای همه "نفوذی" ما راه آسانی نیست. به دلیل فشار و دمای بسیار زیاد که به حدود 5 درجه سانتیگراد می رسد، نمی توان انتظار داشت که عمیق ترین فضای داخلی برای مشاهده مستقیم در آینده قابل پیش بینی قابل دسترسی باشد.

پس چگونه می دانیم که در مورد ساختار درونی زمین چه می دانیم؟ چنین اطلاعاتی توسط امواج لرزه ای ایجاد شده توسط زلزله ارائه می شود. انتشار امواج الاستیک در یک محیط الاستیک.

آنها نام خود را از این واقعیت گرفته اند که توسط ضربات ایجاد می شوند. دو نوع موج الاستیک (لرزه ای) می توانند در یک محیط کشسان (کوهستانی) منتشر شوند: سریعتر - طولی و کندتر - عرضی. اولی نوسانات محیط است که در جهت انتشار موج رخ می دهد، در حالی که در نوسانات عرضی محیط عمود بر جهت انتشار موج رخ می دهد.

امواج طولی ابتدا (lat. primae) و امواج عرضی در مرحله دوم (lat. secundae) ثبت می شوند، از این رو علامت گذاری سنتی آنها در زلزله شناسی - امواج طولی p و عرضی s است. امواج P حدود 1,73 برابر سریعتر از s هستند.

اطلاعات ارائه شده توسط امواج لرزه ای امکان ساخت مدلی از فضای داخلی زمین را بر اساس خواص کشسانی فراهم می کند. ما می توانیم سایر ویژگی های فیزیکی را بر اساس تعریف کنیم میدان گرانشی (چگالی، فشار)، مشاهده جریان های مگنتتلوریک تولید شده در گوشته زمین (توزیع هدایت الکتریکی) یا تجزیه جریان گرمای زمین.

ترکیب پترولوژیکی را می توان با مقایسه با مطالعات آزمایشگاهی خواص کانی ها و سنگ ها در شرایط فشار و دمای بالا تعیین کرد.

زمین گرما ساطع می کند و معلوم نیست از کجا می آید. اخیراً نظریه جدیدی در رابطه با گریزان ترین ذرات بنیادی مطرح شده است. اعتقاد بر این است که سرنخ های مهمی از معمای گرمای تابش شده از درون سیاره ما ممکن است توسط طبیعت ارائه شود. نوترینو - ذرات با جرم بسیار کوچک - ساطع شده توسط فرآیندهای رادیواکتیو که در روده های زمین رخ می دهد.

منابع اصلی شناخته شده رادیواکتیویته توریم و پتاسیم ناپایدار هستند، همانطور که از نمونه های سنگی تا عمق 200 کیلومتری زیر سطح زمین می دانیم. آنچه عمیق تر است، قبلاً ناشناخته است.

ما آن را می دانیم ژئونوترینو آنهایی که در طی تجزیه اورانیوم ساطع می شوند، انرژی بیشتری نسبت به آنهایی که در طی تجزیه پتاسیم ساطع می شوند، دارند. بنابراین، با اندازه گیری انرژی ژئونوترینوها، می توانیم بفهمیم که آنها از چه مواد رادیواکتیو می آیند.

متأسفانه تشخیص ژئونوترینوها بسیار دشوار است. بنابراین، اولین مشاهده آنها در سال 2003 به یک آشکارساز زیرزمینی عظیم پر از تقریباً نیاز داشت. تن مایع این آشکارسازها نوترینوها را با تشخیص برخورد با اتم های موجود در مایع اندازه گیری می کنند.

از آن زمان، ژئونوترینوها تنها در یک آزمایش با استفاده از این فناوری مشاهده شده اند (5). هر دو اندازه گیری این را نشان می دهد حدود نیمی از گرمای زمین ناشی از رادیواکتیویته (20 تراوات) را می توان با تجزیه اورانیوم و توریم توضیح داد. منبع 50 درصد باقی مانده... هنوز معلوم نیست چیه.

5. نقشه مدل شدت انتشار ژئونوترینو در زمین - پیش بینی ها

در ژوئیه 2017، ساخت و ساز در ساختمان، همچنین به عنوان شناخته شده آغاز شد تپهبرای تکمیل در حدود سال 2024 برنامه ریزی شده است. این تأسیسات تقریباً 1,5 کیلومتر زیر زمین در هوم استک سابق، داکوتای جنوبی واقع خواهد شد.

دانشمندان قصد دارند با مطالعه دقیق نوترینوها، یکی از ذرات بنیادی که کمترین درک را دارند، از DUNE برای پاسخ به مهمترین سؤالات فیزیک مدرن استفاده کنند.

در آگوست 2017، یک تیم بین المللی از دانشمندان مقاله ای را در مجله Physical Review D منتشر کردند که در آن استفاده نسبتاً مبتکرانه ای از DUNE به عنوان اسکنر برای مطالعه داخل زمین پیشنهاد شد. به امواج لرزه ای و گمانه ها، روش جدیدی برای مطالعه فضای داخلی سیاره اضافه می شود که شاید تصویری کاملاً جدید از آن به ما نشان دهد. با این حال، این فقط یک ایده در حال حاضر است.

از ماده تاریک کیهانی به درون سیاره خود رسیدیم که برای ما تاریکی کمتری ندارد. و نفوذ ناپذیری این چیزها نگران کننده است، اما نه به اندازه این نگرانی که همه اشیایی را که نسبتاً نزدیک به زمین هستند، به ویژه آنهایی که در مسیر برخورد با آن هستند، نبینیم.

با این حال، این موضوع کمی متفاوت است که اخیراً در MT به طور مفصل در مورد آن بحث کرده ایم. تمایل ما به توسعه روش‌های مشاهده کاملاً در همه زمینه‌ها موجه است.