Věci, které jsou momentálně neviditelné

Věci, které věda zná a vidí, jsou jen malou částí toho, co pravděpodobně existuje. Věda a technika by samozřejmě neměly brát „vizi“ doslova. I když je naše oči nevidí, věda je již dlouho schopna „vidět“ věci jako vzduch a kyslík, který obsahuje, rádiové vlny, ultrafialové světlo, infračervené záření a atomy.

V jistém smyslu také vidíme antihmotakdyž násilně interaguje s běžnou hmotou, a to je obecně obtížnější problém, protože ačkoli jsme to viděli v účincích interakce, v holističtějším smyslu jako vibrace, bylo to pro nás až do roku 2015 nepolapitelné.

Stále však v jistém smyslu „nevidíme“ gravitaci, protože jsme dosud neobjevili jediného nositele této interakce (tedy např. hypotetickou částici tzv. graviton). Zde stojí za zmínku, že existuje určitá analogie mezi historií gravitace a .

Působení toho druhého vidíme, ale přímo ho nepozorujeme, nevíme, z čeho se skládá. Mezi těmito „neviditelnými“ jevy je však zásadní rozdíl. Nikdo nikdy nezpochybnil gravitaci. Ale s temnou hmotou (1) je to jiné.

Jak g temná energiekterá prý obsahuje ještě více než temná hmota. Jeho existence byla odvozena jako hypotéza založená na chování vesmíru jako celku. „Vidět“ ji bude pravděpodobně ještě obtížnější než temná hmota, už jen proto, že nás naše běžná zkušenost učí, že energie ze své podstaty zůstává něčím méně dostupným pro smysly (a nástroje pozorování) než hmota.

Podle moderních předpokladů by obě tmavé měly tvořit 96 % jejího obsahu.

Takže vlastně i samotný vesmír je pro nás z velké části neviditelný, nemluvě o tom, že když dojde na jeho hranice, známe jen ty, které jsou určeny lidským pozorováním, a ne ty, které by byly jeho skutečnými extrémy – pokud existují vůbec.

Něco nás táhne spolu s celou galaxií

Neviditelnost některých věcí ve vesmíru může být trýznivá, jako například skutečnost, že 100 sousedních galaxií se nepřetržitě pohybuje směrem k tajemnému bodu ve vesmíru známému jako Skvělý atraktor. Tato oblast je asi 220 milionů světelných let daleko a vědci ji nazývají gravitační anomálie. Předpokládá se, že Velký atraktor má hmotnost kvadrilionů sluncí.

Začněme tím, že se rozšiřuje. Děje se tak od velkého třesku a současná rychlost tohoto procesu se odhaduje na 2,2 milionu kilometrů za hodinu. To znamená, že naše galaxie a její sousední galaxie v Andromedě se také musí pohybovat takovou rychlostí, že? Spíš ne.

V 70. letech jsme vytvořili podrobné mapy vesmíru. Mikrovlnné pozadí (CMB) Vesmír a všimli jsme si, že jedna strana Mléčné dráhy je teplejší než druhá. Rozdíl byl menší než setina stupně Celsia, ale stačilo to, abychom pochopili, že se pohybujeme rychlostí 600 km za vteřinu směrem k souhvězdí Kentaura.

O pár let později jsme zjistili, že nejen my, ale všichni v okruhu sta milionů světelných let od nás se pohybují stejným směrem. Existuje pouze jedna věc, která může odolat expanzi na tak obrovské vzdálenosti, a to je gravitace.

Například Andromeda se od nás musí vzdálit, ale za 4 miliardy let se s ní budeme muset ... srazit. Dostatečná hmotnost může odolávat expanzi. Nejprve si vědci mysleli, že tato rychlost je způsobena naší polohou na okraji takzvané Místní superkupy.

Proč je pro nás tak těžké vidět tohoto tajemného Velkého přitahovače? Bohužel je to naše vlastní galaxie, která nám brání ve výhledu. Přes pás Mléčné dráhy nevidíme asi 20 % vesmíru. Náhodou se dostane přesně tam, kde je Velký přitahovač. Teoreticky je možné proniknout tímto závojem pomocí rentgenového a infračerveného pozorování, ale to nedává jasný obraz.

Navzdory těmto potížím bylo zjištěno, že v jedné oblasti Velkého atraktoru, ve vzdálenosti 150 milionů světelných let, se nachází galaktický Klastr Norma. Za ní je ještě masivnější superkupa, vzdálená 650 milionů světelných let, obsahující hmotnost 10 XNUMX. galaxie, jednoho z největších nám známých objektů ve vesmíru.

Vědci tedy naznačují, že Velký atraktor těžiště mnoho nadkup galaxií, včetně té naší – celkem asi 100 objektů, jako je například Mléčná dráha. Existují také teorie, že jde o obrovskou sbírku temné energie nebo oblast s vysokou hustotou s obrovskou gravitační silou.

Někteří badatelé se domnívají, že je to jen předzvěst konečného ... konce vesmíru. Velká hospodářská krize bude znamenat, že vesmír během několika bilionů let zhoustne, až se expanze zpomalí a začne se obracet. Postupem času by to vedlo k supermasivu, který by sežral všechno včetně sebe.

Jak však vědci poznamenávají, expanze vesmíru nakonec porazí sílu Velkého přitahovače. Naše rychlost směrem k ní je pouze jedna pětina rychlosti, kterou se vše rozšiřuje. Obrovská místní struktura Laniakea (2), jejíž jsme součástí, se jednoho dne bude muset rozptýlit, stejně jako mnoho dalších vesmírných entit.

Pátá síla přírody

Něco, co nevidíme, ale co bylo v poslední době vážně podezřelé, je takzvaný pátý dopad.

Objev toho, co se uvádí v médiích, zahrnuje spekulace o hypotetické nové částici se zajímavým názvem. X17může pomoci vysvětlit záhadu temné hmoty a temné energie.

Jsou známy čtyři interakce: gravitace, elektromagnetismus, silné a slabé atomové interakce. Účinky čtyř známých sil na hmotu, od mikroříše atomů až po kolosální měřítko galaxií, jsou dobře zdokumentované a ve většině případů pochopitelné. Když však uvážíte, že zhruba 96 % hmoty našeho vesmíru je tvořeno nejasnými, nevysvětlitelnými věcmi zvanými temná hmota a temná energie, není žádným překvapením, že vědci dlouho tušili, že tyto čtyři interakce nepředstavují vše ve vesmíru. . pokračuje.

Pokus o popis nové síly, jejímž autorem je tým pod vedením Attila Krasnagorskaya (3), fyzika v Institutu pro jaderný výzkum (ATOMKI) Maďarské akademie věd, o které jsme slyšeli loni na podzim, nebyla prvním náznakem existence záhadných interakcí.

Stejní vědci poprvé psali o „páté síle“ v roce 2016, poté, co provedli experiment s přeměnou protonů na izotopy, což jsou varianty chemických prvků. Vědci sledovali, jak protony změnily izotop známý jako lithium-7 na nestabilní typ atomu zvaný berylium-8.

3. Prof. Attila Krasnahorkay (vpravo)

Když se berylium-8 rozpadalo, vznikly páry elektronů a pozitronů, které se vzájemně odpuzovaly, což způsobilo, že částice vylétly pod úhlem. Tým očekával, že uvidí korelaci mezi světelnou energií vyzařovanou během procesu rozpadu a úhly, pod kterými částice odlétají. Místo toho byly elektrony a pozitrony vychylovány o 140 stupňů téměř sedmkrát častěji, než jejich modely předpovídaly, což je neočekávaný výsledek.

„Všechny naše znalosti o viditelném světě lze popsat pomocí takzvaného standardního modelu částicové fyziky,“ píše Krasnagorkay. „Neposkytuje však žádné částice těžší než elektron a lehčí než mion, který je 207krát těžší než elektron. Pokud ve výše uvedeném hmotnostním okně najdeme novou částici, znamenalo by to nějakou novou interakci, která není zahrnuta ve standardním modelu.

Záhadný objekt je pojmenován X17 kvůli jeho odhadované hmotnosti 17 megaelektronvoltů (MeV), což je asi 34krát více než elektron. Vědci sledovali rozpad tritia na helium-4 a opět pozorovali podivný diagonální výboj, který indikoval částici o hmotnosti asi 17 MeV.

"Foton zprostředkovává elektromagnetickou sílu, gluon zprostředkovává silnou sílu a bosony W a Z zprostředkovávají slabou sílu," vysvětlil Krasnahorkai.

"Naše částice X17 musí zprostředkovat novou interakci, pátou." Nový výsledek snižuje pravděpodobnost, že první experiment byla jen náhoda nebo že výsledky způsobily systémovou chybu.“

Temná hmota pod nohama

Z velkého Vesmíru, z nejasné říše hádanek a záhad velké fyziky, vraťme se na Zemi. Stojíme zde před poměrně překvapivým problémem... s viděním a přesným zobrazením všeho, co je uvnitř (4).

Před několika lety jsme v MT psali o tajemství zemského jádraže s jeho vznikem souvisí paradox a není přesně známo, jaká je jeho povaha a struktura. Máme metody, jako je testování s seismické vlny, se také podařilo vyvinout model vnitřní struktury Země, pro který existuje vědecká shoda.

však ve srovnání například se vzdálenými hvězdami a galaxiemi je naše chápání toho, co leží pod našima nohama, slabé. Vesmírné objekty, i ty velmi vzdálené, prostě vidíme. Totéž nelze říci o jádru, vrstvách pláště, ba ani o hlubších vrstvách zemské kůry..

K dispozici je pouze nejpřímější výzkum. Horská údolí odkrývají skály hluboké až několik kilometrů. Nejhlubší průzkumné vrty sahají do hloubky něco málo přes 12 km.

Informace o horninách a minerálech, které budují hlubší, poskytují xenolity, tzn. úlomky hornin vytržené a odnesené z útrob Země v důsledku vulkanických procesů. Na jejich základě mohou petrologové určit složení minerálů do hloubky několika set kilometrů.

Poloměr Země je 6371 km, což není pro všechny naše „infiltrátory“ jednoduchá cesta. Vzhledem k obrovskému tlaku a teplotě dosahující asi 5 stupňů Celsia lze jen těžko očekávat, že se v dohledné době zpřístupní nejhlubší vnitrozemí pro přímé pozorování.

Jak tedy víme, co víme o struktuře nitra Země? Takovou informaci poskytují seismické vlny generované zemětřesením, tzn. elastické vlny šířící se v elastickém prostředí.

Svůj název dostaly podle toho, že jsou generovány údery. V elastickém (horském) prostředí se mohou šířit dva typy elastických (seismických) vln: rychleji – podélně a pomaleji – příčně. První z nich jsou kmity prostředí probíhající ve směru šíření vln, zatímco u příčných kmitů média k nim dochází kolmo ke směru šíření vln.

Podélné vlny jsou zaznamenávány jako první (lat. primae) a příčné vlny jsou zaznamenávány jako druhé (lat. secundae), odtud jejich tradiční označení v seismologii - podélné vlny p a příčné s. P-vlny jsou asi 1,73krát rychlejší než s.

Informace poskytované seismickými vlnami umožňují sestavit model nitra Země na základě elastických vlastností. Další fyzikální vlastnosti můžeme definovat na základě gravitační pole (hustota, tlak), pozorování magnetotelurické proudy vznikající v zemském plášti (rozdělení elektrické vodivosti) popř rozklad tepelného toku Země.

Petrologické složení lze určit na základě srovnání s laboratorními studiemi vlastností minerálů a hornin v podmínkách vysokých tlaků a teplot.

Země vyzařuje teplo a není známo, odkud pochází. Nedávno se objevila nová teorie týkající se nejprchavějších elementárních částic. Předpokládá se, že důležitá vodítka k záhadě tepla vyzařovaného z nitra naší planety může poskytnout příroda. neutrino - částice extrémně malé hmotnosti - emitované radioaktivními procesy probíhajícími v útrobách Země.

Hlavními známými zdroji radioaktivity jsou nestabilní thorium a draslík, jak je známe ze vzorků hornin až 200 km pod zemským povrchem. Co leží hlouběji, se již neví.

Zname to geoneutrino ty emitované při rozpadu uranu mají více energie než ty, které jsou emitovány při rozpadu draslíku. Měřením energie geoneutrin tedy můžeme zjistit, z jakého radioaktivního materiálu pocházejí.

Bohužel geoneutrina je velmi obtížné odhalit. Proto jejich první pozorování v roce 2003 vyžadovalo obrovský podzemní detektor naplněný cca. tun tekutiny. Tyto detektory měří neutrina detekcí srážek s atomy v kapalině.

Od té doby byla geoneutrina pomocí této technologie pozorována pouze v jednom experimentu (5). Obě měření to ukazují Asi polovinu tepla Země z radioaktivity (20 terawattů) lze vysvětlit rozpadem uranu a thoria. Zdroj zbývajících 50%... zatím se neví jaký.

5. Modelová mapa intenzity emisí geoneutrin na Zemi - prognózy

V červenci 2017 byla zahájena výstavba budovy, známé také jako DUNAdokončení je plánováno na rok 2024. Zařízení se bude nacházet téměř 1,5 km pod zemí v bývalém Homestacku v Jižní Dakotě.

Vědci plánují použít DUNU k zodpovězení nejdůležitějších otázek moderní fyziky pečlivým studiem neutrin, jedné z nejméně pochopených základních částic.

V srpnu 2017 publikoval mezinárodní tým vědců v časopise Physical Review D článek, který navrhuje poměrně inovativní využití DUNE jako skeneru pro studium nitra Země. K seismickým vlnám a vrtům by se přidala nová metoda studia nitra planety, která by nám možná ukázala její zcela nový obraz. To je však zatím jen nápad.

Z vesmírné temné hmoty jsme se dostali do nitra naší planety, pro nás neméně temné. a neproniknutelnost těchto věcí je znepokojující, ale ne tolik jako úzkost z toho, že nevidíme všechny objekty, které jsou relativně blízko k Zemi, zvláště ty, které jsou v dráze kolize s ní.

To je ovšem trochu jiné téma, které jsme nedávno podrobně rozebírali v MT. Naše touha vyvíjet metody pozorování je plně oprávněná ve všech souvislostech.