Mater tywyll. Chwe phroblem cosmolegol

Mae symudiadau gwrthrychau ar raddfa gosmig yn ufuddhau i hen ddamcaniaeth dda Newton. Fodd bynnag, roedd darganfod Fritz Zwicky yn y 30au ac arsylwadau niferus dilynol o alaethau pell sy'n cylchdroi yn gyflymach na'u màs ymddangosiadol yn awgrymu, wedi ysgogi seryddwyr a ffisegwyr i gyfrifo màs mater tywyll, na ellir ei bennu'n uniongyrchol mewn unrhyw ystod arsylwi sydd ar gael. . i'n hoffer. Trodd y bil allan i fod yn uchel iawn - amcangyfrifir bellach bod bron i 27% o fàs y bydysawd yn fater tywyll. Mae hyn fwy na phum gwaith yn fwy na'r mater "cyffredin" sydd ar gael i'n sylwadau.

Yn anffodus, nid yw'n ymddangos bod gronynnau elfennol yn rhagweld bodolaeth gronynnau a fyddai'n ffurfio'r màs enigmatig hwn. Hyd yn hyn, nid ydym wedi gallu eu canfod na chynhyrchu trawstiau ynni uchel mewn cyflymyddion gwrthdaro. Gobaith olaf gwyddonwyr oedd darganfod niwtrinos "di-haint", a allai ffurfio mater tywyll. Fodd bynnag, hyd yn hyn mae ymdrechion i'w canfod hefyd wedi bod yn aflwyddiannus.

egni tywyll

Ers iddo gael ei ddarganfod yn y 90au nad yw ehangiad y bydysawd yn gyson, ond yn cyflymu, roedd angen ychwanegiad arall at y cyfrifiadau, y tro hwn gydag egni yn y bydysawd. Mae'n troi allan i esbonio'r cyflymiad hwn, egni ychwanegol (h.y. masau, oherwydd yn ôl y ddamcaniaeth arbennig o berthnasedd maent yr un peth) - h.y. egni tywyll - dylai fod tua 68% o'r bydysawd.

Byddai hynny'n golygu bod mwy na dwy ran o dair o'r bydysawd yn cynnwys... duw a wyr beth! Oherwydd, fel yn achos mater tywyll, nid ydym wedi gallu dal nac archwilio ei natur. Mae rhai yn credu mai dyma egni'r gwactod, yr un egni y mae gronynnau "allan o ddim" yn ymddangos o ganlyniad i effeithiau cwantwm. Mae eraill yn awgrymu mai dyma'r "quintessence", pumed grym natur.

Mae yna hefyd ddamcaniaeth nad yw'r egwyddor gosmolegol yn gweithio o gwbl, mae'r Bydysawd yn anhomogenaidd, mae ganddi ddwysedd gwahanol mewn gwahanol feysydd, ac mae'r amrywiadau hyn yn creu'r rhith o gyflymu ehangu. Yn y fersiwn hon, dim ond rhith fyddai problem ynni tywyll.

Cyflwynodd Einstein y cysyniad i'w ddamcaniaethau - ac yna ei ddileu cysonyn cosmolegolgysylltiedig ag egni tywyll. Parhawyd â'r cysyniad gan ddamcaniaethwyr mecaneg cwantwm a geisiodd ddisodli'r syniad o gysonyn cosmolegol ynni maes gwactod cwantwm. Fodd bynnag, rhoddodd y ddamcaniaeth hon 10¹²⁰ mwy o egni nag sydd ei angen i ehangu'r bydysawd ar y gyfradd rydyn ni'n gwybod...

chwyddiant

Теория chwyddiant gofod mae'n esbonio llawer yn foddhaol, ond mae'n cyflwyno problem fach (wel, nid i bawb bach) - mae'n awgrymu bod ei gyfradd ehangu yn gyflymach na chyflymder golau yn ystod cyfnod cynnar ei fodolaeth. Byddai hyn yn esbonio strwythur gweladwy presennol gwrthrychau gofod, eu tymheredd, eu hegni, ac ati. Y pwynt, fodd bynnag, yw na ddaethpwyd o hyd i unrhyw olion o'r digwyddiad hynafol hwn hyd yn hyn.

Disgrifiodd ymchwilwyr yng Ngholeg Imperial Llundain, Llundain a Phrifysgolion Helsinki a Copenhagen yn 2014 yn Physical Review Letters sut roedd disgyrchiant yn darparu'r sefydlogrwydd sydd ei angen i'r bydysawd brofi chwyddiant difrifol yn gynnar yn ei ddatblygiad. Dadansoddodd y tîm rhyngweithio rhwng gronynnau Higgs a disgyrchiant. Mae gwyddonwyr wedi dangos y gall hyd yn oed rhyngweithio bach o'r math hwn sefydlogi'r bydysawd a'i arbed rhag trychineb.

Graff o gyflymder cylchdroi'r alaeth droellog M33

“Nid yw’r model safonol o ffiseg gronynnau elfennol, y mae gwyddonwyr yn ei ddefnyddio i egluro natur gronynnau elfennol a’u rhyngweithiadau, wedi ateb y cwestiwn pam na chwympodd y Bydysawd yn syth ar ôl y Glec Fawr,” meddai’r athro. Artu Rajanti o Adran Ffiseg y Coleg Imperial. “Yn ein hastudiaeth, fe wnaethom ganolbwyntio ar baramedr anhysbys y Model Safonol, hynny yw, y rhyngweithio rhwng gronynnau Higgs a disgyrchiant. Ni ellir mesur y paramedr hwn mewn arbrofion cyflymydd gronynnau, ond mae ganddo ddylanwad cryf ar ansefydlogrwydd gronynnau Higgs yn ystod y cyfnod chwyddiant. Mae hyd yn oed gwerth bach o’r paramedr hwn yn ddigon i egluro’r gyfradd goroesi.”

Gwe o fater tywyll wedi'i oleuo gan quasar

Mae rhai ysgolheigion yn credu bod chwyddiant, unwaith y bydd yn dechrau, yn anodd ei atal. Maent yn dod i'r casgliad mai ei ganlyniad oedd creu bydysawdau newydd, wedi'u gwahanu'n gorfforol oddi wrth ein rhai ni. A bydd y broses hon yn parhau hyd heddiw. Mae'r multiverse yn dal i silio bydysawdau newydd ar frys chwyddiant.

Gan ddychwelyd at egwyddor cyflymder cyson golau, mae rhai damcaniaethwyr chwyddiant yn awgrymu bod cyflymder golau, ie, yn derfyn llym, ond nid yn gyson. Yn y cyfnod cynnar roedd yn uwch, gan ganiatáu ar gyfer chwyddiant. Nawr mae'n parhau i ostwng, ond mor araf fel nad ydym yn gallu sylwi arno.

Cyfuno Rhyngweithiadau

Cydbwysedd presennol mater cyffredin, mater tywyll ac egni tywyll

Er bod y Model Safonol yn uno'r tri math o rymoedd natur, nid yw'n uno'r rhyngweithiadau gwan a chryf er boddhad yr holl wyddonwyr. Mae disgyrchiant yn sefyll o'r neilltu ac ni ellir ei gynnwys eto yn y model cyffredinol gyda byd gronynnau elfennol. Mae unrhyw ymgais i gysoni disgyrchiant â mecaneg cwantwm yn cyflwyno cymaint o anfeidredd i'r cyfrifiadau nes bod yr hafaliadau'n colli eu gwerth.

theori cwantwm disgyrchiant yn gofyn am doriad yn y cysylltiad rhwng y màs disgyrchiant a'r màs anadweithiol, sy'n hysbys o egwyddor cywerthedd (gweler yr erthygl: "Chwe Egwyddor y Bydysawd"). Mae torri'r egwyddor hon yn tanseilio adeiladu ffiseg fodern. Felly, gall theori o'r fath, sy'n agor y ffordd i ddamcaniaeth breuddwydion am bopeth, hefyd ddinistrio'r ffiseg y gwyddys amdani hyd yn hyn.

Er bod disgyrchiant yn rhy wan i fod yn amlwg ar raddfeydd bach rhyngweithiadau cwantwm, mae yna fan lle mae'n dod yn ddigon cryf i wneud gwahaniaeth ym mecaneg ffenomenau cwantwm. hwn tyllau duon. Fodd bynnag, nid yw'r ffenomenau sy'n digwydd y tu mewn ac ar eu cyrion yn cael eu hastudio a'u hastudio fawr ddim o hyd.

Sefydlu'r Bydysawd

Ni all y Model Safonol ragfynegi maint y grymoedd a'r masau sy'n codi ym myd gronynnau. Rydyn ni'n dysgu am y meintiau hyn trwy fesur ac ychwanegu data at y ddamcaniaeth. Mae gwyddonwyr yn darganfod yn gyson bod gwahaniaeth bach yn y gwerthoedd mesuredig yn ddigon i wneud i'r bydysawd edrych yn hollol wahanol.

Er enghraifft, mae ganddo'r màs lleiaf sydd ei angen i gynnal mater sefydlog popeth rydyn ni'n ei wybod. Mae maint y mater tywyll ac egni yn cael ei gydbwyso'n ofalus i ffurfio galaethau.

Un o'r problemau mwyaf dyrys gyda thiwnio paramedrau'r bydysawd yw mantais mater dros wrthfatersy'n caniatáu i bopeth fodoli'n sefydlog. Yn ôl y Model Safonol, dylid cynhyrchu'r un faint o fater a gwrthfater. Wrth gwrs, o'n safbwynt ni, mae'n dda bod gan fater fantais, gan fod symiau cyfartal yn awgrymu ansefydlogrwydd y Bydysawd, wedi'i ysgwyd gan ffrwydradau treisgar o ddinistrio'r ddau fath o fater.

Delweddu'r amryfal gyda bydysawdau sy'n ehangu ac yn crebachu

Problem mesur

penderfyniad dimensiwn gwrthrychau cwantwm yn golygu cwymp swyddogaeth y don, h.y. "newid" eu cyflwr o ddau (cath Schrödinger mewn cyflwr amhenodol o "fyw neu farw") i un sengl (rydym yn gwybod beth ddigwyddodd i'r gath).

Un o'r rhagdybiaethau mwy beiddgar sy'n ymwneud â phroblem mesur yw'r cysyniad o "fydoedd lawer" - y posibiliadau y byddwn yn dewis ohonynt wrth fesur. Mae'r bydoedd yn gwahanu bob eiliad. Felly, mae gennym ni fyd lle rydyn ni'n edrych i mewn i focs gyda chath, a byd lle nad ydyn ni'n edrych i mewn i focs gyda chath ... Yn y cyntaf - y byd y mae'r gath yn byw ynddo, neu'r un yn yr hwn nid yw yn byw, etc. d.

credai fod rhywbeth mawr o'i le ar fecaneg cwantwm, ac nid oedd ei farn i'w chymryd yn ysgafn.

Pedwar prif ryngweithiad