Mis viga on?

Meid ümbritseb mateeria. Tegelikult on meil asi. Kõik, mida me universumis tuvastame, on samuti oluline. See on nii põhimõtteline, et me lihtsalt nõustume sellega, et kõik on tehtud ainest. See on kõige alus: maakera elu, planeet, millel elame, tähed ja galaktikad. Tavaliselt määratletakse see kui midagi, mis on massiline ja võtab palju ruumi.

Aine ehitusplokke nimetatakse "aatomiteks" ja "molekulideks". Ka nemad on olulised. Ainet, mida me tavaliselt suudame tuvastada, nimetatakse "baryonic" mateeriaks. Kuid seal on veel üks tüüpi aine, mida ei saa otseselt tuvastada. Kuid selle mõju võib. Seda nimetatakse tume aine.

Tavalist ainet või "baryoonilist ainet" on lihtne uurida. Selle võib jaotada alaatomilisteks osakesteks, mida nimetatakse leptoniteks (näiteks elektronid) ja kvarkideks (prootonite ja neutronite ehitusplokid). Need moodustavad aatomid ja molekulid, mis on kõige osa inimesest tähedeni.

Tavaline mateeria on helendav, see tähendab, et see interakteerub elektromagnetiliselt ja gravitatsiooniliselt teiste ainete ja kiirgus. See ei pea tingimata särama, kui me arvame, et täht särab. See võib eraldada muud kiirgust (näiteks infrapunakiirgust).

Veel üks aspekt, mis küsimusega arutamisel kerkib, on nn antimaterjal. Mõelge sellele kui normaalse mateeria (või ehk peegelpildi) tagasikäigule. Me kuuleme sellest sageli, kui teadlased räägivad mateeria- / mateeriavastased reaktsioonid kui jõuallikad. Antimaterjali põhiidee on see, et kõigil osakestel on osakestevastane osake, millel on sama mass, kuid vastupidine spin ja laeng. Kui mateeria ja antimaterjal põrkuvad, hävitavad nad üksteise ja loovad puhta energia gammakiired. See energia loomine, kui seda saaks kasutada, annaks tohutul hulgal jõudu igale tsivilisatsioonile, kes suudaks välja mõelda, kuidas seda ohutult teha.

Vastupidiselt normaalsele ainele on tume aine mittevalgusmaterjal. See tähendab, et see ei suhelda elektromagnetiliselt ja seetõttu näib see olevat tume (st see ei peegelda ega eralda valgust). Tumeda aine täpne olemus pole hästi teada, kuigi selle mõju teistele massidele (näiteks galaktikatele) on märkinud astronoomid nagu dr Vera Rubin ja teised. Selle olemasolu saab aga tuvastada gravitatsioonilise efekti abil, mis sellel on normaalsele ainele. Näiteks võib selle olemasolu piirata tähtede liikumist galaktikas.

Praegu on tumedat ainet moodustavate asjade jaoks kolm peamist võimalust:

• Külm tume aine (CDM): On üks kandidaat, keda nimetatakse nõrgalt interakteeruvaks massiivseks osakeseks (WIMP), mis võiks olla külma tumeaine alus. Teadlased ei tea sellest aga kuigi palju ega seda, kuidas see võis universumi ajaloo varakult kujuneda. Muud CDM-i osakeste võimalused hõlmavad aksioone, kuid neid pole kunagi tuvastatud. Lõpuks on olemas MACHO-d (MAssive Compact Halo Objects). Need võiksid selgitada tumeaine mõõdetud massi. Nende objektide hulka kuuluvad mustad augud, iidne neutronitähed ja planeediobjektid mis kõik ei ole helendavad (või peaaegu üldse), kuid sisaldavad siiski märkimisväärses koguses massi. Need seletaksid mugavalt tumedat ainet, kuid selles on probleem. Neid peaks olema palju (rohkem kui teatud galaktikate vanust arvestades võiks eeldada) ja nende levik peaks olema uskumatult laialt levinud kogu universumis, et selgitada tumedat ainet, mille astronoomid on "sealt" leidnud. Niisiis, külm tume aine jääb "teoseks" edenemine ".
• Soe tume aine (WDM): Arvatakse, et see koosneb steriilsetest neutriinodest. Need on osakesed, mis sarnanevad tavalistele neutriinidele, välja arvatud asjaolu, et need on palju massiivsemad ega interakteeru nõrga jõu kaudu. Teine WDM-i kandidaat on gravitino. See on teoreetiline osake, mis eksisteeriks, kui supergravitatsiooni teooria - segu üldrelatiivsus ja supersümmeetria - veojõu suurendamine. WDM on ka atraktiivne kandidaat tumeda aine selgitamiseks, kuid steriilsete neutriinode või gravitinoside olemasolu on parimal juhul spekulatiivne.
• Kuum tume aine (HDM): Kuuma tumeaineks peetavad osakesed on juba olemas. Neid nimetatakse "neutrinodeks". Nad reisivad kell peaaegu valguse kiirus ja ärge "klammerduge" kokku viisil, nagu me projitseerime tumeda aine. Arvestades ka seda, et neutriino on peaaegu massitu, oleks vaja uskumatul hulgal neid, et korvata teadaolevalt tumeda aine kogus. Üks seletus on see, et on veel avastamata neutriino tüüp või maitse, mis oleks sarnane juba teadaolevaga. Selle mass oleks siiski oluliselt suurem (ja seega võib-olla ka aeglasem). Kuid see sarnaneb ilmselt rohkem sooja tumeda ainega.

Ainet ei eksisteeri täpselt ilma universumis mõjutamata ning kiirguse ja mateeria vahel on uudishimulik seos. Seda seost ei mõistetud enne 20. sajandi algust hästi. Siis hakkas Albert Einstein mõtlema omavahelise seose üle oluline ning energia ja kiirgus. Siit ta tuletas välja: relatiivsusteooria kohaselt on mass ja energia samaväärsed. Kui piisavalt kiirgust (valgust) põrkub teiste piisavalt kõrge energiaga footonitega (teine ​​sõna kergete osakeste jaoks), võib tekkida mass. Seda protsessi uurivad teadlased osakeste põrkeseadmetega hiiglaslikes laborites. Nende töö süveneb sügavalt mateeria südamesse, otsides kõige väiksemaid osakesi, mis teadaolevalt olemas on.

Ehkki kiirgust ei peeta otseselt mateeriaks (sellel ei ole massi ega hõivata mahtu, vähemalt mitte täpselt määratletud viisil), on see seotud mateeriaga. Seda seetõttu, et kiirgus tekitab ainet ja mateeria tekitab kiirgust (nagu siis, kui mateeria ja antiaine põrkuvad).

Aste-kiirgusühenduse sammu võrra kaugemale viies pakuvad teoreetikud välja ka müstilise kiirguse olemasolu meie sees universum. Seda nimetatakse tume energia. Selle olemust ei mõisteta üldse. Ehk kui tumedast ainest aru saadakse, mõistame ka tumeda energia olemust.

Toimetanud ja värskendanud Carolyn Collins Petersen.