Ting, der i øjeblikket er usynlige

De ting, som videnskaben ved og ser, er kun en lille del af, hvad der sandsynligvis eksisterer. Naturligvis skal videnskab og teknologi ikke tage "vision" bogstaveligt. Selvom vores øjne ikke kan se dem, har videnskaben længe været i stand til at "se" ting som luft og den ilt, den indeholder, radiobølger, ultraviolet lys, infrarød stråling og atomer.

Vi ser også i en vis forstand antistofnår det vekselvirker voldsomt med almindeligt stof, og det er generelt et sværere problem, for selvom vi så dette i virkningerne af interaktion, i en mere holistisk forstand, som vibrationer, var det uhåndgribeligt for os indtil 2015.

Men vi "ser" stadig i en vis forstand ikke tyngdekraften, fordi vi endnu ikke har opdaget en eneste bærer af denne interaktion (dvs. f.eks. en hypotetisk partikel kaldet graviton). Det er værd at nævne her, at der er en vis analogi mellem tyngdekraftens historie og .

Vi ser sidstnævntes handling, men vi observerer den ikke direkte, vi ved ikke, hvad den består af. Der er dog en grundlæggende forskel mellem disse "usynlige" fænomener. Ingen har nogensinde stillet spørgsmålstegn ved tyngdekraften. Men med mørkt stof (1) er det anderledes.

Hvordan g mørk energisom siges at indeholde mere end mørkt stof. Dets eksistens blev udledt som en hypotese baseret på universets opførsel som helhed. At "se" det vil sandsynligvis være endnu sværere end mørkt stof, om ikke andet fordi vores fælles erfaring lærer os, at energi i sagens natur forbliver noget mindre tilgængeligt for sanserne (og observationsinstrumenter) end stof.

Ifølge moderne antagelser skulle begge mørke udgøre 96% af indholdet.

Så faktisk er selve universet stort set usynligt for os, for ikke at nævne, at når det kommer til dets grænser, kender vi kun dem, der er bestemt af menneskelig observation, og ikke dem, der ville være dets sande yderpunkter - hvis de eksisterer overhovedet.

Noget trækker os sammen med hele galaksen

Usynligheden af ​​nogle ting i rummet kan være rystende, såsom det faktum, at 100 nabogalakser konstant bevæger sig mod et mystisk punkt i universet kendt som Stor tiltrækningskraft. Denne region er omkring 220 millioner lysår væk, og videnskabsmænd kalder det en gravitationsanomali. Det antages, at Great Attractor har en masse kvadrillioner af sole.

Lad os starte med, at det udvider sig. Dette er sket siden Big Bang, og den nuværende hastighed af denne proces er anslået til 2,2 millioner kilometer i timen. Det betyder, at vores galakse og dens nabo Andromeda-galakse også må bevæge sig med den hastighed, ikke? Ikke rigtig.

I 70'erne lavede vi detaljerede kort over det ydre rum. Mikrobølgebaggrund (CMB) Universet og vi bemærkede, at den ene side af Mælkevejen er varmere end den anden. Forskellen var mindre end en hundrededel af en grad celsius, men det var nok til at vi kunne forstå, at vi bevægede os med en hastighed på 600 km i sekundet mod stjernebilledet Centaurus.

Et par år senere opdagede vi, at ikke kun vi, men alle inden for hundrede millioner lysår fra os, bevægede sig i samme retning. Der er kun én ting, der kan modstå ekspansion over så store afstande, og det er tyngdekraften.

Andromeda skal for eksempel væk fra os, men om 4 milliarder år skal vi ... kollidere med hende. Tilstrækkelig masse kan modstå ekspansion. Først troede forskerne, at denne hastighed skyldtes vores placering i udkanten af ​​den såkaldte Local Supercluster.

Hvorfor er det så svært for os at se denne mystiske store attraktion? Desværre er dette vores egen galakse, som blokerer vores udsyn. Gennem Mælkevejens bælte kan vi ikke se omkring 20 % af universet. Det sker bare sådan, at han går præcis, hvor den store attraktion er. Det er teoretisk muligt at trænge igennem dette slør med røntgen- og infrarøde observationer, men det giver ikke et klart billede.

På trods af disse vanskeligheder blev det fundet, at der i en region af Great Attractor, i en afstand af 150 millioner lysår, er en galaktisk Klynge Norma. Bag den er en endnu mere massiv superklynge, 650 millioner lysår væk, indeholdende en masse på 10. galakse, et af de største objekter i universet, vi kender til.

Så videnskabsmænd foreslår, at den store attraktion tyngdepunkt mange superhobe af galakser, inklusive vores - omkring 100 objekter i alt, såsom Mælkevejen. Der er også teorier om, at det er en enorm samling af mørk energi eller et område med høj tæthed med en enorm tyngdekraft.

Nogle forskere mener, at dette blot er en forsmag på universets endelige ... ende. Den store depression vil betyde, at universet vil blive tykkere i løbet af få billioner år, når udvidelsen aftager og begynder at vende. Over tid ville dette føre til en supermassiv, der ville spise alt, inklusive sig selv.

Men som videnskabsmænd bemærker, vil udvidelsen af ​​universet i sidste ende besejre kraften fra Den Store Attraktor. Vores hastighed mod det er kun en femtedel af den hastighed, hvormed alt udvider sig. Den store lokale struktur i Laniakea (2), som vi er en del af, vil en dag skulle forsvinde, ligesom mange andre kosmiske enheder vil.

Naturens femte kraft

Noget, som vi ikke kan se, men som er blevet alvorligt mistænkt for på det seneste, er det såkaldte femte påvirkning.

Opdagelsen af, hvad der bliver rapporteret i medierne, involverer spekulationer om en hypotetisk ny partikel med et spændende navn. X17kan hjælpe med at forklare mysteriet med mørkt stof og mørk energi.

Fire vekselvirkninger er kendt: tyngdekraft, elektromagnetisme, stærke og svage atomare vekselvirkninger. Virkningerne af de fire kendte kræfter på stof, fra atomernes mikrorige til galaksernes kolossale skala, er veldokumenterede og i de fleste tilfælde forståelige. Men når man tænker på, at omkring 96% af massen af ​​vores univers består af obskure, uforklarlige ting kaldet mørkt stof og mørk energi, er det ingen overraskelse, at videnskabsmænd længe har haft mistanke om, at disse fire interaktioner ikke repræsenterer alt i kosmos . fortsætter.

Et forsøg på at beskrive en ny kraft, hvis forfatter er et team ledet af Attila Krasnagorskaya (3), fysikken ved Institut for Nuklear Forskning (ATOMKI) i Det Ungarske Videnskabsakademi, som vi hørte om sidste efterår, var ikke den første indikation på eksistensen af ​​mystiske interaktioner.

De samme videnskabsmænd skrev først om den "femte kraft" i 2016 efter at have udført et eksperiment for at omdanne protoner til isotoper, som er varianter af kemiske grundstoffer. Forskerne så på, hvordan protoner forvandlede en isotop kendt som lithium-7 til en ustabil type atom kaldet beryllium-8.

3. Prof. Attila Krasnohorkai (til højre)

Da beryllium-8 henfaldt, blev der dannet par af elektroner og positroner, som frastødte hinanden, hvilket fik partiklerne til at flyve ud i en vinkel. Holdet forventede at se en sammenhæng mellem lysenergien, der udsendes under henfaldsprocessen, og de vinkler, hvor partiklerne flyver fra hinanden. I stedet blev elektroner og positroner afbøjet 140 grader næsten syv gange oftere, end deres modeller forudsagde, et uventet resultat.

"Al vores viden om den synlige verden kan beskrives ved hjælp af den såkaldte Standard Model for partikelfysik," skriver Krasnagorkay. »Den sørger dog ikke for nogen partikler, der er tungere end en elektron og lettere end en myon, som er 207 gange tungere end en elektron. Hvis vi finder en ny partikel i ovenstående massevindue, ville dette indikere en ny interaktion, der ikke er inkluderet i standardmodellen."

Det mystiske objekt hedder X17 på grund af dets anslåede masse på 17 megaelektronvolt (MeV), omkring 34 gange en elektrons. Forskerne så henfaldet af tritium til helium-4 og observerede igen en mærkelig diagonal udledning, hvilket indikerer en partikel med en masse på omkring 17 MeV.

"Fotonen formidler den elektromagnetiske kraft, gluonen formidler den stærke kraft, og W- og Z-bosonerne formidler den svage kraft," forklarede Krasnahorkai.

”Vores partikel X17 skal formidle en ny interaktion, den femte. Det nye resultat reducerer sandsynligheden for, at det første eksperiment kun var en tilfældighed, eller at resultaterne forårsagede en systemfejl."

Mørkt stof under fødderne

Fra det store univers, fra det vage rige af gåder og mysterier i stor fysik, lad os vende tilbage til Jorden. Vi står med et ret overraskende problem her... med at se og præcist afbilde alt, hvad der er indeni (4).

For nogle år siden skrev vi i MT om mysteriet om jordens kerneat et paradoks er forbundet med dets skabelse, og man ved ikke præcist, hvad dets natur og struktur er. Vi har metoder som at teste med seismiske bølger, også formået at udvikle en model af Jordens indre struktur, som der er videnskabelig enighed om.

dog sammenlignet med fjerne stjerner og galakser, for eksempel, er vores forståelse af, hvad der ligger under vores fødder, svag. Rumobjekter, selv meget fjerne, ser vi simpelthen. Det samme kan ikke siges om kernen, lagene af kappen eller endda de dybere lag af jordskorpen..

Kun den mest direkte forskning er tilgængelig. Bjergdale blotter klipper op til flere kilometers dybe. De dybeste efterforskningsboringer strækker sig til en dybde på godt 12 km.

Oplysninger om bjergarter og mineraler, der bygger dybere, gives af xenolitter, dvs. fragmenter af sten revet ud og båret væk fra jordens tarme som følge af vulkanske processer. På deres grundlag kan petrologer bestemme sammensætningen af ​​mineraler til en dybde på flere hundrede kilometer.

Jordens radius er 6371 km, hvilket ikke er en nem vej for alle vores "infiltratorer". På grund af det enorme tryk og temperatur, der når omkring 5 grader celsius, er det svært at forvente, at det dybeste indre vil blive tilgængeligt for direkte observation inden for en overskuelig fremtid.

Så hvordan ved vi, hvad vi ved om strukturen af ​​Jordens indre? Sådan information leveres af seismiske bølger genereret af jordskælv, dvs. elastiske bølger, der forplanter sig i et elastisk medium.

De har fået deres navn fra det faktum, at de er genereret af slag. To typer elastiske (seismiske) bølger kan forplante sig i et elastisk (bjergrigt) medium: hurtigere - langsgående og langsommere - tværgående. Førstnævnte er oscillationer af mediet, der forekommer langs bølgeudbredelsesretningen, mens de i tværgående oscillationer af mediet forekommer vinkelret på bølgeudbredelsesretningen.

Længdebølger registreres først (lat. primae), og tværgående bølger optages som anden (lat. secundae), deraf deres traditionelle markering i seismologi - langsgående bølger p og tværgående s. P-bølger er omkring 1,73 gange hurtigere end s.

Informationen fra seismiske bølger gør det muligt at bygge en model af Jordens indre baseret på elastiske egenskaber. Vi kan definere andre fysiske egenskaber ud fra gravitationsfelt (densitet, tryk), observation magnetotelluriske strømme genereret i jordens kappe (fordeling af elektrisk ledningsevne) el nedbrydning af jordens varmestrøm.

Den petrologiske sammensætning kan bestemmes ved sammenligning med laboratorieundersøgelser af egenskaberne af mineraler og bjergarter under forhold med høje tryk og temperaturer.

Jorden udstråler varme, og man ved ikke, hvor den kommer fra. For nylig er der opstået en ny teori relateret til de mest uhåndgribelige elementarpartikler. Det menes, at vigtige spor til mysteriet om den varme, der udstråler inde fra vores planet, kan være givet af naturen. neutrino - partikler med ekstrem lille masse - udsendt af radioaktive processer i jordens tarme.

De vigtigste kendte kilder til radioaktivitet er ustabilt thorium og kalium, som vi kender fra stenprøver op til 200 km under jordens overflade. Hvad der ligger dybere er allerede ukendt.

Vi ved det geoneutrino dem, der udsendes under henfaldet af uran, har mere energi end dem, der udsendes under henfaldet af kalium. Ved at måle geoneutrinos energi kan vi således finde ud af, hvilket radioaktivt materiale de kommer fra.

Desværre er geoneutrinoer meget svære at opdage. Derfor krævede deres første observation i 2003 en enorm underjordisk detektor fyldt med ca. tons væske. Disse detektorer måler neutrinoer ved at detektere kollisioner med atomer i en væske.

Siden da er geoneutrinoer kun blevet observeret i ét eksperiment med denne teknologi (5). Det viser begge målinger Omkring halvdelen af ​​jordens varme fra radioaktivitet (20 terawatt) kan forklares med henfaldet af uran og thorium. Kilden til de resterende 50%... det vides endnu ikke hvad.

5. Modelkort over intensiteten af ​​geoneutrino-emissioner på Jorden - prognoser

I juli 2017 begyndte byggeriet af bygningen, også kendt som KLITplanlagt til færdiggørelse omkring 2024. Anlægget vil blive placeret næsten 1,5 km under jorden i det tidligere Homestack, South Dakota.

Forskere planlægger at bruge DUNE til at besvare de vigtigste spørgsmål i moderne fysik ved omhyggeligt at studere neutrinoer, en af ​​de mindst forståede fundamentale partikler.

I august 2017 offentliggjorde et internationalt hold af videnskabsmænd en artikel i tidsskriftet Physical Review D, der foreslog en ret innovativ brug af DUNE som en scanner til at studere Jordens indre. Til seismiske bølger og boringer ville der blive tilføjet en ny metode til at studere planetens indre, som måske ville vise os et helt nyt billede af den. Dette er dog kun en idé for nu.

Fra kosmisk mørkt stof kom vi til det indre af vores planet, ikke mindre mørkt for os. og uigennemtrængeligheden af ​​disse ting er foruroligende, men ikke så meget som angsten for, at vi ikke ser alle de objekter, der er relativt tæt på Jorden, især dem, der er på vej til at støde sammen med den.

Dette er dog et lidt anderledes emne, som vi for nylig diskuterede detaljeret i MT. Vores ønske om at udvikle observationsmetoder er fuldt ud berettiget i alle sammenhænge.