Perkara yang tidak kelihatan pada masa ini

Perkara yang diketahui dan dilihat oleh sains hanyalah sebahagian kecil daripada apa yang mungkin wujud. Sudah tentu, sains dan teknologi tidak sepatutnya mengambil "penglihatan" secara literal. Walaupun mata kita tidak dapat melihatnya, sains telah lama dapat "melihat" perkara seperti udara dan oksigen yang terkandung di dalamnya, gelombang radio, cahaya ultraungu, sinaran inframerah dan atom.

Kita juga melihat dalam erti kata tertentu anti jirimapabila ia berinteraksi secara ganas dengan perkara biasa, dan secara amnya adalah masalah yang lebih sukar, kerana walaupun kami melihat ini dalam kesan interaksi, dalam erti kata yang lebih holistik, sebagai getaran, ia sukar difahami untuk kami sehingga 2015.

Walau bagaimanapun, kita masih dalam erti kata lain tidak "melihat" graviti, kerana kita masih belum menemui satu pembawa interaksi ini (iaitu, sebagai contoh, zarah hipotesis yang dipanggil graviton). Perlu dinyatakan di sini bahawa terdapat beberapa analogi antara sejarah graviti dan .

Kami melihat tindakan yang terakhir, tetapi kami tidak memerhatikannya secara langsung, kami tidak tahu apa yang terdiri daripadanya. Walau bagaimanapun, terdapat perbezaan asas antara fenomena "tidak kelihatan" ini. Tiada siapa yang pernah mempersoalkan graviti. Tetapi dengan jirim gelap (1) ia berbeza.

Bagaimana g tenaga gelapyang dikatakan mengandungi lebih daripada jirim gelap. Kewujudannya disimpulkan sebagai hipotesis berdasarkan tingkah laku alam semesta secara keseluruhan. "Melihat" mungkin lebih sukar daripada jirim gelap, jika hanya kerana pengalaman biasa kita mengajar kita bahawa tenaga, mengikut sifatnya, kekal sebagai sesuatu yang kurang boleh diakses oleh deria (dan instrumen pemerhatian) daripada jirim.

Mengikut andaian moden, kedua-dua yang gelap harus membentuk 96% daripada kandungannya.

Jadi, sebenarnya, alam semesta itu sendiri sebahagian besarnya tidak dapat dilihat oleh kita, apatah lagi apabila ia datang kepada hadnya, kita hanya tahu yang ditentukan oleh pemerhatian manusia, dan bukannya yang akan menjadi keterlaluan sebenar - jika ia wujud. sama sekali.

Sesuatu sedang menarik kita bersama-sama dengan seluruh galaksi

Halimunan beberapa benda di angkasa boleh mencemaskan, seperti fakta bahawa 100 galaksi jiran sentiasa bergerak ke arah titik misteri di alam semesta yang dikenali sebagai Penarik hebat. Wilayah ini terletak kira-kira 220 juta tahun cahaya dan saintis memanggilnya sebagai anomali graviti. Adalah dipercayai bahawa Penarik Besar mempunyai jisim empat empat matahari.

Mari kita mulakan dengan fakta bahawa ia berkembang. Ini telah berlaku sejak Big Bang, dan kelajuan semasa proses ini dianggarkan pada 2,2 juta kilometer sejam. Ini bermakna galaksi kita dan galaksi Andromeda jirannya juga mesti bergerak pada kelajuan itu, bukan? Tidak begitu.

Pada tahun 70-an kami mencipta peta terperinci tentang angkasa lepas. Latar belakang gelombang mikro (CMB) Alam Semesta dan kami mendapati bahawa satu sisi Bima Sakti lebih panas daripada yang lain. Perbezaannya adalah kurang daripada seperseratus darjah Celsius, tetapi sudah cukup untuk kami memahami bahawa kami bergerak pada kelajuan 600 km sesaat ke arah buruj Centaurus.

Beberapa tahun kemudian, kami mendapati bahawa bukan sahaja kami, tetapi semua orang dalam lingkungan seratus juta tahun cahaya kami bergerak ke arah yang sama. Hanya ada satu perkara yang boleh menahan pengembangan pada jarak yang begitu luas, iaitu graviti.

Andromeda, sebagai contoh, mesti menjauhi kita, tetapi dalam 4 bilion tahun kita perlu ... bertembung dengannya. Jisim yang mencukupi boleh menahan pengembangan. Pada mulanya, saintis berpendapat bahawa kelajuan ini disebabkan oleh lokasi kami di pinggir Kluster Super Tempatan.

Mengapa sukar untuk kita melihat Penarik Hebat yang misteri ini? Malangnya, ini adalah galaksi kita sendiri, yang menghalang pandangan kita. Melalui tali pinggang Bima Sakti, kita tidak dapat melihat kira-kira 20% alam semesta. Kebetulan dia pergi betul-betul di mana Penarik Hebat itu berada. Secara teorinya adalah mungkin untuk menembusi tudung ini dengan pemerhatian sinar-X dan inframerah, tetapi ini tidak memberikan gambaran yang jelas.

Walaupun kesukaran ini, didapati bahawa di satu wilayah Penarik Besar, pada jarak 150 juta tahun cahaya, terdapat galaksi. Kelompok Norma. Di belakangnya terdapat supercluster yang lebih besar lagi, 650 juta tahun cahaya jauhnya, mengandungi jisim 10. galaksi, salah satu objek terbesar di alam semesta yang kita ketahui.

Jadi, saintis mencadangkan bahawa Penarik Besar pusat graviti banyak supercluster galaksi, termasuk kita - kira-kira 100 objek secara keseluruhan, seperti Bima Sakti. Terdapat juga teori bahawa ia adalah koleksi besar tenaga gelap atau kawasan berketumpatan tinggi dengan tarikan graviti yang besar.

Sesetengah penyelidik percaya bahawa ini hanyalah gambaran awal dari akhir ... akhir alam semesta. Kemelesetan Besar bermakna alam semesta akan menebal dalam beberapa trilion tahun, apabila pengembangan menjadi perlahan dan mula berbalik. Lama kelamaan, ini akan membawa kepada supermasif yang akan memakan segala-galanya, termasuk dirinya sendiri.

Walau bagaimanapun, seperti yang dicatatkan oleh saintis, pengembangan Alam Semesta akhirnya akan mengalahkan kuasa Penarik Besar. Kelajuan kita ke arah itu hanya satu perlima kelajuan di mana segala-galanya berkembang. Struktur tempatan yang luas di Laniakea (2) yang mana kita adalah sebahagiannya suatu hari nanti akan hilang, begitu juga dengan banyak entiti kosmik yang lain.

Daya kelima alam

Sesuatu yang tidak dapat kita lihat, tetapi telah disyaki secara serius sejak akhir-akhir ini, adalah apa yang dipanggil kesan kelima.

Penemuan apa yang dilaporkan dalam media melibatkan spekulasi tentang zarah baru hipotesis dengan nama yang menarik. X17boleh membantu menjelaskan misteri jirim gelap dan tenaga gelap.

Empat interaksi diketahui: graviti, elektromagnetisme, interaksi atom kuat dan lemah. Kesan empat kuasa yang diketahui pada jirim, daripada alam mikro atom kepada skala besar galaksi, didokumenkan dengan baik dan dalam kebanyakan kes boleh difahami. Walau bagaimanapun, apabila anda menganggap bahawa kira-kira 96% daripada jisim alam semesta kita terdiri daripada perkara yang tidak jelas dan tidak dapat dijelaskan yang dipanggil jirim gelap dan tenaga gelap, tidak hairanlah saintis telah lama mengesyaki bahawa empat interaksi ini tidak mewakili segala-galanya di kosmos. . berterusan.

Percubaan untuk menggambarkan kuasa baru, yang pengarangnya adalah pasukan yang diketuai oleh Attila Krasnagorskaya (3), fizik di Institut Penyelidikan Nuklear (ATOMKI) Akademi Sains Hungary, yang kami dengar tentang musim gugur lalu, bukanlah petunjuk pertama kewujudan interaksi misteri.

Para saintis yang sama mula-mula menulis tentang "daya kelima" pada 2016, selepas menjalankan eksperimen untuk menukar proton menjadi isotop, yang merupakan varian unsur kimia. Para penyelidik melihat ketika proton menukar isotop yang dikenali sebagai litium-7 menjadi jenis atom yang tidak stabil yang dipanggil berilium-8.

3. Prof. Attila Krasnahorkay (kanan)

Apabila berilium-8 mereput, pasangan elektron dan positron terbentuk, yang menolak antara satu sama lain, menyebabkan zarah-zarah terbang keluar pada sudut. Pasukan itu dijangka melihat korelasi antara tenaga cahaya yang dipancarkan semasa proses pereputan dan sudut di mana zarah-zarah itu berterbangan. Sebaliknya, elektron dan positron terpesong 140 darjah hampir tujuh kali lebih kerap daripada model yang diramalkan, hasil yang tidak dijangka.

"Semua pengetahuan kita tentang dunia yang boleh dilihat boleh diterangkan menggunakan apa yang dipanggil Model Standard fizik zarah, " tulis Krasnagorkay. “Bagaimanapun, ia tidak menyediakan sebarang zarah yang lebih berat daripada elektron dan lebih ringan daripada muon, iaitu 207 kali lebih berat daripada elektron. Jika kita menemui zarah baharu dalam tetingkap jisim di atas, ini akan menunjukkan beberapa interaksi baharu yang tidak disertakan dalam Model Standard.”

Objek misteri itu dinamakan X17 kerana anggaran jisimnya 17 megaelektronvolt (MeV), kira-kira 34 kali ganda daripada jisim elektron. Para penyelidik melihat pereputan tritium menjadi helium-4 dan sekali lagi memerhatikan pelepasan pepenjuru yang aneh, menunjukkan zarah dengan jisim kira-kira 17 MeV.

"Foton mengantara daya elektromagnet, gluon menengahi daya kuat, dan boson W dan Z menengahi daya lemah," jelas Krasnahorkai.

“Zarah X17 kami mesti menjadi pengantara interaksi baharu, yang kelima. Keputusan baharu mengurangkan kemungkinan percubaan pertama hanyalah kebetulan, atau keputusan menyebabkan ralat sistem."

Bahan gelap di bawah kaki

Dari Alam Semesta yang hebat, dari alam teka-teki yang samar-samar dan misteri fizik yang hebat, marilah kita kembali ke Bumi. Kami berhadapan dengan masalah yang agak mengejutkan di sini... dengan melihat dan menggambarkan dengan tepat segala yang ada di dalam (4).

Beberapa tahun lalu kami menulis di MT tentang misteri teras bumibahawa paradoks berkaitan dengan penciptaannya dan ia tidak diketahui dengan tepat apakah sifat dan strukturnya. Kami mempunyai kaedah seperti ujian dengan gelombang seismik, juga berjaya membangunkan model struktur dalaman Bumi, yang mana terdapat persetujuan saintifik.

bagaimanapun berbanding bintang dan galaksi yang jauh, contohnya, pemahaman kita tentang apa yang ada di bawah kaki kita adalah lemah. Objek angkasa, walaupun yang sangat jauh, kita lihat sahaja. Perkara yang sama tidak boleh dikatakan tentang teras, lapisan mantel, atau bahkan lapisan dalam kerak bumi..

Hanya penyelidikan yang paling langsung tersedia. Lembah gunung mendedahkan batu sehingga beberapa kilometer dalam. Telaga penerokaan terdalam memanjang hingga kedalaman lebih 12 km.

Maklumat tentang batuan dan mineral yang membina yang lebih dalam disediakan oleh xenoliths, i.e. serpihan batu tercabut dan dibawa pergi dari perut Bumi akibat proses gunung berapi. Atas dasar mereka, ahli petrologi boleh menentukan komposisi mineral hingga kedalaman beberapa ratus kilometer.

Jejari Bumi ialah 6371 km, yang bukan laluan mudah untuk semua "penyusup" kita. Oleh kerana tekanan dan suhu yang sangat besar mencecah kira-kira 5 darjah Celsius, sukar untuk menjangkakan bahagian dalam yang paling dalam akan dapat diakses untuk pemerhatian langsung pada masa hadapan.

Jadi bagaimana kita tahu apa yang kita tahu tentang struktur dalaman Bumi? Maklumat sedemikian disediakan oleh gelombang seismik yang dihasilkan oleh gempa bumi, i.e. gelombang elastik yang merambat dalam medium elastik.

Mereka mendapat nama mereka daripada fakta bahawa mereka dihasilkan oleh pukulan. Dua jenis gelombang elastik (seismik) boleh merambat dalam medium elastik (bergunung): lebih cepat - membujur dan lebih perlahan - melintang. Yang pertama adalah ayunan medium yang berlaku sepanjang arah perambatan gelombang, manakala dalam ayunan melintang medium ia berlaku berserenjang dengan arah perambatan gelombang.

Gelombang membujur direkodkan pertama (lat. primae), dan gelombang melintang direkodkan kedua (lat. secundae), maka penandaan tradisionalnya dalam seismologi - gelombang membujur p dan melintang s. Gelombang P adalah kira-kira 1,73 kali lebih cepat daripada s.

Maklumat yang diberikan oleh gelombang seismik memungkinkan untuk membina model dalaman Bumi berdasarkan sifat elastik. Kita boleh mentakrifkan sifat fizikal lain berdasarkan medan graviti (ketumpatan, tekanan), pemerhatian arus magnetotelurik dijana dalam mantel Bumi (taburan kekonduksian elektrik) atau penguraian aliran haba Bumi.

Komposisi petrologi boleh ditentukan berdasarkan perbandingan dengan kajian makmal tentang sifat mineral dan batu di bawah keadaan tekanan dan suhu tinggi.

Bumi memancarkan haba, dan tidak diketahui dari mana ia datang. Baru-baru ini, teori baru telah muncul berkaitan dengan zarah asas yang paling sukar difahami. Adalah dipercayai bahawa petunjuk penting kepada misteri haba yang dipancarkan dari dalam planet kita mungkin disediakan oleh alam semula jadi. neutrino - zarah yang berjisim sangat kecil - dipancarkan oleh proses radioaktif yang berlaku di dalam perut Bumi.

Sumber radioaktiviti utama yang diketahui ialah torium dan kalium yang tidak stabil, seperti yang kita ketahui daripada sampel batu sehingga 200 km di bawah permukaan bumi. Apa yang lebih dalam tidak diketahui.

Kami tahu ia geoneutrino yang dipancarkan semasa pereputan uranium mempunyai lebih banyak tenaga daripada yang dipancarkan semasa pereputan kalium. Oleh itu, dengan mengukur tenaga geoneutrino, kita boleh mengetahui bahan radioaktif yang berasal darinya.

Malangnya, geoneutrino sangat sukar untuk dikesan. Oleh itu, pemerhatian pertama mereka pada tahun 2003 memerlukan pengesan bawah tanah yang besar yang diisi dengan lebih kurang. tan cecair. Pengesan ini mengukur neutrino dengan mengesan perlanggaran dengan atom dalam cecair.

Sejak itu, geoneutrino hanya diperhatikan dalam satu eksperimen menggunakan teknologi ini (5). Kedua-dua ukuran menunjukkan bahawa Kira-kira separuh daripada haba Bumi daripada radioaktiviti (20 terawatt) boleh dijelaskan oleh pereputan uranium dan torium. Punca baki 50% lagi... belum diketahui apa.

5. Peta model keamatan pelepasan geoneutrino di Bumi - ramalan

Pada Julai 2017, pembinaan bermula pada bangunan itu, juga dikenali sebagai DUNEdijadualkan siap sekitar 2024. Kemudahan itu akan ditempatkan hampir 1,5 km di bawah tanah di bekas Homestack, South Dakota.

Para saintis merancang untuk menggunakan DUNE untuk menjawab soalan paling penting dalam fizik moden dengan mengkaji dengan teliti neutrino, salah satu zarah asas yang paling kurang difahami.

Pada Ogos 2017, pasukan saintis antarabangsa menerbitkan artikel dalam jurnal Physical Review D yang mencadangkan penggunaan DUNE yang agak inovatif sebagai pengimbas untuk mengkaji bahagian dalam Bumi. Kepada gelombang seismik dan lubang gerudi, kaedah baru untuk mengkaji bahagian dalam planet akan ditambah, yang, mungkin, akan menunjukkan kepada kita gambaran yang sama sekali baru mengenainya. Namun, ini hanyalah idea buat masa ini.

Dari jirim gelap kosmik, kita sampai ke bahagian dalam planet kita, tidak kurang gelap bagi kita. dan ketidakbolehtembusan perkara-perkara ini membingungkan, tetapi tidak sebanyak kebimbangan bahawa kita tidak melihat semua objek yang agak dekat dengan Bumi, terutamanya yang berada di laluan perlanggaran dengannya.

Walau bagaimanapun, ini adalah topik yang sedikit berbeza, yang baru-baru ini kami bincangkan secara terperinci dalam MT. Keinginan kami untuk membangunkan kaedah pemerhatian adalah wajar sepenuhnya dalam semua konteks.