Alt, hvad vi nogensinde har observeret i Universet, fra sag til stråling, som kan opdeles i de allermindste bestanddele. Alt i denne verden er sammensat af atomer, som består af nucleons og elektroner, nucleons er opdelt i kvarker og gluoner. Lys består af partikler: fotoner. Selv gravitationelle bølger, i teorien, består af gravitons: – partikler, som vi én gang, hvis man er heldig, finde og rette. Men hvad om mørkt stof? Indirekte beviser for, at der ikke kan benægtes. Men skal det også bestå af partikler?
Vi plejede at tro, at mørkt stof består af partikler, og håbløst at forsøge at finde dem. Men hvad hvis vi er på udkig efter, er der ikke?
Hvis mørk energi kan fortolkes som den energi, der er iboende i stoffet på plads, kunne det være, at “mørkt stof”, der også er en intern funktion af rummet i sig selv – nært eller fjernt, der er forbundet med mørk energi? Og hvad er det mørke stof af gravitationelle effekter, der kunne forklare vores observationer vil være mere grund til at “mørke masse”?
Godt, for du fysiker Ethan Siegel sortere gennem vores teoretiske tilgange og mulige scenarier.
En af de mest interessante funktioner i Universet består i en til en-forhold mellem, hvad der er i Universet, og de skiftende sats af ekspansion over tid. Tak til de mange omhyggelige målinger af mange forskellige kilder – stjerner, galakser, supernovaer, den kosmiske mikrobølge baggrund og stor-skala strukturer i Universet – vi var i stand til at måle både, at definere, hvad universet er lavet. I princippet er der mange forskellige ideer om, hvad der kan være i vores univers, og de har alle forskellige virkninger på den kosmiske ekspansion.
Baseret på deres resultater, vi ved nu, at universet er lavet af følgende:
- 68% mørk energi, som forbliver på et konstant energitæthed, også mens ekspansion plads;
- 27% mørkt stof, som udviser gravitationel kraft, udhulet af den stigende mængde og ikke kan måle sig med enhver anden kendt magt;
- 4,9% af almindeligt stof, som manifesterer alle de kræfter, der nedbrydes med stigende volumen, pause i klumper og består af partikler;
- 0,1% af neutrinoer, som er den gravitationelle og electroweak interaktioner, der er sammensat af partikler glider sammen, når vi bremse nok til at opføre sig som stof, ikke-stråling.
- 0,01% af de fotoner, der udviser tyngdekraften og elektromagnetisk stråling opfører sig som stråling og sløret som at øge volumen og strækning af bølgelængder.
Over tid, vil disse forskellige komponenter bliver relativt mere eller mindre vigtige, og denne procentdel repræsenterer, hvad der i dag er universet.
Mørk energi, som følger af vores bedste målinger, har de samme egenskaber, som i ethvert punkt i rummet i alle retninger af rummet og alle episoder af vores historie. Med andre ord, at mørk energi er samtidig homogene og isotrope: det er overalt og altid den samme. Så vidt vi kan fortælle, mørke energi ikke har brug for noget; hun sagtens kunne være en ejendom, der er iboende i stoffet af rummet.
Men mørkt stof er fundamentalt forskellige.
Til at danne den struktur, vi ser i Universet, især i de større kosmisk skala, mørkt stof skal ikke kun findes, men også til at komme sammen. Hun kan ikke være den samme tæthed overalt i rummet, men snarere, at det bør koncentrere sig i områder med høj tæthed og bør have en lavere massefylde, eller fraværende, i regioner med lav befolkningstæthed. Vi kan faktisk se, hvor meget stof i en anden region af rum, styret af observationer. Her er de tre vigtigste er:
Den effekt spektrum af sagen. Gælder for kort stof i Universet, vil se, i hvilket omfang svarer det til, at galakser, der er, hvor sandsynligt er det, du vil finde en anden galakse, i en vis afstand fra den galakse, som du begynde, og iagttage resultaterne. Hvis universet bestod af en ensartet stof, struktur ville blive tværet ud. Hvis Universet blev mørkt stof, som ikke er indsamlet tidligt nok, strukturen på en lille skala ville blive ødelagt. Den effekt spektrum af energi, der fortæller os, at omkring 85% af stof i Universet repræsenteret ved mørkt stof, der er meget forskellige fra protoner, neutroner og elektroner, og dette mørke stof blev født i den kolde, eller dens kinetiske energi er sammenlignelige med den øvrige masse.
Gravitationel lensing. Tag et kig på den massive objekt. For eksempel, en kvasar, en galakse eller klynger af galakser. Se, hvordan baggrunden lys er forvrænget af tilstedeværelsen af objektet. Fordi vi forstår at det er tyngdekraften, som er omfattet af den Generelle relativitetsteori, hvordan lys kurver giver os mulighed for at bestemme, hvor meget masse, der er til stede i hvert objekt. Gennem andre metoder, kan vi bestemme mængden af materiale, som er til stede i almindeligt stof: stjerner, gas, støv, sorte huller, plasma -, osv., og igen finder vi, at 85% af de spørgsmål, der er repræsenteret af mørkt stof. Det er endvidere fordelt på en mere diffus og uklar end normalt stof. Dette er bekræftet af svage og stærke forstørrelse.
Den kosmiske baggrundsstråling. Hvis man ser på de resterende glød af stråling fra Big Bang, du vil finde, at det er omtrent ensartet: 2,725 Quo alle retninger. Men hvis du ser nøje efter, vil du opdage, at der på skalaer fra snesevis til hundredvis af microkelvins observeret små fejl. De fortæller os flere vigtige ting, herunder energi-tæthed normalt stof, mørkt stof og mørk energi, men vigtigst af alt – de fortæller os, hvordan uniform var universet, når hun var kun 0,003% af sin nuværende alder. Svaret er, at de mest tætte område var en ren 0.01% tungere end de mindst tætte i regionen. Med andre ord, mørkt stof start med en homogen stat, og som strømmen af tid, der er gået tabt i klumper.
Ved at kombinere alt dette, er vi kommet til den konklusion, at mørkt stof skal opfører sig som en væske, der udfylder Universet. Denne væske er ubetydeligt pres og viskositet, tryk-følsomme stråling kolliderer med fotoner eller almindelige spørgsmål, blev født en kold og ikke-relativistiske og sedlerne i en bunke under påvirkning af sin egen tyngde over tid. Det er bestemmende for dannelsen af strukturer i Universet på de største skalaer. Det er meget heterogene, og omfanget af heterogenitet stiger med tiden.
Her er, hvad vi kan sige om det på en stor skala, fordi de er relateret til observationer. På en lille skala kan vi kun antage, der ikke er fuldt overbevist om, at mørkt stof består af partikler med egenskaber, der får den til at opføre sig på denne måde på en stor skala. Grunden til, at vi antager, at universet, for så vidt som vi ved, består af partikler, der er baseret på deres. Hvis du har spørgsmål, hvis du har en masse, en kvante-analog, du uundgåeligt nødt til at bestå af partikler, der er på et bestemt niveau. Men indtil vi har fundet denne partikel, vi ikke kan udelukke andre muligheder: for eksempel, at det er et flydende felt, der ikke består af partikler, men effekten på plads-tid, som det burde have været partikler.
Det er derfor, det er så vigtigt, at forsøg på direkte påvisning af mørkt stof. Bekræfte eller afkræfte en grundlæggende del af det mørke stof i teorien umuligt, men i praksis, understøttet af observationer. Tilsyneladende, mørkt stof har intet at gøre med mørk energi.
Uanset om det er lavet af dele? Indtil vi finder dem, kan vi kun gætte. Universet manifesterer sig som quantum i naturen, når det kommer til nogen anden form for stof, så det er rimeligt at antage, at mørkt stof er det samme.
Hvad hvis mørkt stof ikke er partikler?
Ilya Hel