Alles, was wir jemals im Universum beobachteten, von der Materie bis Strahlung, zersetzen können auf die kleinsten Bestandteile. Alles in dieser Welt besteht aus Atomen, die bestehen aus Nukleonen und Elektronen, und нуклоны sind unterteilt in Quarks und глюоны. Auch das Licht besteht aus Teilchen: Photonen. Sogar Gravitationswellen, in der Theorie, Gravitonen bestehen aus: Teilchen, die wir eines Tages, wenn Sie Glück haben, finden und beheben. Aber was ist mit der dunklen Materie? Indirekte Beweise Ihrer Existenz ist nicht zu leugnen. Aber ob Sie bestehen auch aus Teilchen?
Wir neigen dazu zu glauben, dass die dunkle Materie besteht aus Teilchen, und hoffnungslos versuchen, Sie zu erkennen. Aber was, wenn wir suchen nicht dann und nicht dort?
Wenn die dunkle Energie interpretiert werden kann als die Energie, der Stoff selbst inhärent Raum, kann es sein, dass die “dunkle Materie» ist auch eine interne Funktion des Raumes selbst – eng oder aus der Ferne im Zusammenhang mit der dunklen Energie? Und dass statt der dunklen Materie Schwerkraft Effekte, die könnten unsere Beobachtungen zu erklären, werden mehr durch «dunkle Masse»?
Nun, speziell für Sie Physiker Ethan Siegel breitete sich durch unsere theoretische Ansätze und mögliche Szenarien.
Eines der interessantesten Features des Universums ist im Verhältnis eins zu eins zwischen dem, was im Weltenall ist, und dem, wie sich die Expansionsrate im Laufe der Zeit. Dank einer Reihe von sorgfältigen Messungen von vielen unterschiedlichen Quellen – von Sternen, Galaxien, Supernovae, kosmischer Mikrowellen-hintergrund-und großräumige Strukturen des Universums – wir Messen konnten beides, indem Sie, woraus das Universum besteht. Grundsätzlich gibt es viele verschiedene Ansichten darüber, aus was unser Universum bestehen kann, und Sie alle haben unterschiedliche Auswirkungen auf die kosmische Expansion.
Dank den Daten, jetzt wissen wir, dass das Universum besteht aus das folgende:
- 68% dunkle Energie, die bleibt bei einer Konstanten Energiedichte auch bei der Erweiterung des Raumes;
- 27% der dunklen Materie, zeigt die Gravitationskraft, verschwimmt mit zunehmendem Volumen Messen und gibt sich mit Hilfe einer beliebigen anderen bekannten Kräfte;
- 4,9% normaler Materie, zeigt die ganze Kraft, verschwimmt mit Zunehmender Lautstärke, verirrt in Büschel und besteht aus Teilchen;
- 0,1% Neutrinos, die sich Gravitations-und Electroweak Wechselwirkungen vereinigt, bestehen aus Teilchen zusammen und wühlte, nur wenn genug verlangsamt, um Verhalten sich wie Materie und keine Strahlung;
- 0,01% der Photonen, die sich Gravitations-und elektromagnetische Einflüsse, Verhalten sich wie die Strahlung und verschwimmen wie mit Zunehmender Lautstärke, als auch bei der Dehnung der Wellenlängen.
Mit der Zeit werden diese verschiedenen Komponenten werden relativ mehr oder weniger wichtig, und dieser Prozentsatz ist, was heute besteht das Universum.
Die dunkle Energie, wie es aus dem besten unserer Messungen, die mit denselben Eigenschaften in jedem Punkt des Raumes, in alle Richtungen des Kosmos und in allen Episoden unserer kosmischen Geschichte. Mit anderen Worten, die dunkle Energie gleichzeitig homogenen und изотропна: es ist überall und immer das gleiche. Soweit wir es beurteilen können, der dunklen Energie brauchen keine Teilchen; es kann leicht sein, Eigenschaft, Eigentümlichkeit Gewebe des Raums.
Aber dunkle Materie grundlegend andere.
Damit entstand die Struktur, die wir im Universum sehen, vor allem in den großen kosmischen Maßstäben, dunkle Materie muss nicht nur existieren, sondern auch zusammenzukommen. Sie hat möglicherweise nicht die gleiche Dichte überall im Raum; vielmehr muss Sie konzentrieren sich in Regionen mit hoher Dichte und sollte eine geringere Dichte oder überhaupt nicht vorhanden sind, in Regionen mit geringer Dichte. Wir können tatsächlich sagen, wie viel Substanz in verschiedenen Bereichen des Raumes, geleitet von Beobachtungen. Hier sind die drei wichtigsten von Ihnen:
Das Leistungsspektrum der Materie. Tragen Sie auf die Karte Materie im Universum, sehen Sie, an welchen Maßstäben Sie entspricht der Galaxien, d.h. mit welcher Wahrscheinlichkeit finden Sie andere Galaxien in einem bestimmten Abstand von der Galaxie, mit dem Sie beginnen, und untersuchen Sie das Ergebnis. Wenn das Universum Bestand aus einer homogenen Substanz, die Struktur wäre geschmiert. Wenn es im Universum dunkle Materie wurde, versammelt, die nicht früh genug, die Struktur im kleinen Maßstab zerstört würde. Das Leistungsspektrum der Energie sagt uns, dass ungefähr 85% der Materie im Universum vorgestellt, die dunkle Materie, die sehr Verschieden von Protonen, Neutronen und Elektronen, und diese dunkle Materie geboren wurde kalt, oder aber es wird die kinetische Energie vergleichbar mit der Ruhemasse.
Gravitations линзирование. Werfen Sie einen Blick auf ein massives Objekt. Angenommen, Quasar, Galaxie oder Galaxienhaufen. Sehen Sie, wie die hintergrund-Licht verzerrt die Anwesenheit des Objekts. Denn wir verstehen die Gesetze der Gravitation, die unterliegen der Allgemeinen Relativitätstheorie von Einstein, gekrümmt wie Licht, ermöglicht es uns zu bestimmen, wie viel Masse vorhanden ist, in jedem Objekt. Mittels anderer Methoden definieren wir die Menge der Masse, die vorhanden ist in der gewöhnlichen Materie: Sterne, Gas, Staub, schwarze Löcher, Plasma etc. Und wieder stellen wir fest, dass 85% der Materie verfasst von dunkler Materie. Was mehr ist, es verteilt mehr als diffus, Wolkig, als die gewöhnliche Materie. Dies wird bestätigt durch die schwachen und starken линзированием.
Der kosmische Mikrowellen-hintergrund. Wenn man sich auf die Verbleibende Glut der Strahlung des Urknalls, werden Sie feststellen, dass es etwa gleichmäßige: 2,725 Quo alle Richtungen. Aber wenn man sich näher an, kann man feststellen, dass in der Skala von zehn bis mehreren hundert микрокельвинов treten kleine Mängel. Sie erzählen uns einige wichtige Dinge, wie z.B. Energie-Dichte gewöhnlicher Materie, der dunklen Materie und der dunklen Energie, aber das wichtigste – Sie sagen uns, wie homogen war das Universum, wenn Sie nur 0,003% seines heutigen Alters hatte. Die Antwort lautet, dass die dichteste Region war nur auf 0,01% dichter am wenigsten dichten Region. Mit anderen Worten, dunkle Materie begann mit gleichartigen Zustand und im Laufe der Zeit abgekommen in Klumpen.
Die Zusammenführung all dies kommen wir zu dem Schluss, dass die dunkle Materie muss sich Verhalten wie eine Flüssigkeit, füllt das Universum. Diese Flüssigkeit hat einen vernachlässigbar kleinen Druck und Viskosität, Strahlung reagiert auf Druck, nicht konfrontiert mit Photonen oder gewöhnlicher Materie geboren war kalt und nichtrelativistischen und verirrt in einem Haufen unter dem Einfluss der eigenen Schwerkraft im Laufe der Zeit. Sie bestimmt die Bildung der Strukturen im Universum auf der großen Skala. Sie ist hoch heterogen und das Ausmaß Ihrer Heterogenität wächst mit der Zeit.
Das ist, was können wir sagen über Sie im großen Maßstab, da Sie im Zusammenhang mit den Beobachtungen. Auf einem kleinen Maßstab können wir nur annehmen, nicht weil Sie überzeugt voll und ganz, dass die dunkle Materie besteht aus Teilchen mit Eigenschaften, die dazu führen, dass Ihr Verhalten nicht auf großen Skalen. Der Grund, warum wir dies annehmen, besteht darin, dass das Universum, soweit wir wissen, besteht aus Teilchen im Grunde, das ist alles. Wenn du die Substanz, wenn du eine Masse, Quanten-Analogon, das du zwangsläufig besteht aus Teilchen auf einem bestimmten Niveau. Aber bis wir fanden dieses Stück, wir haben nicht das Recht, andere Möglichkeiten ausschließen: zum Beispiel, dass es eine flüssige Feld, das besteht nicht aus Teilchen, sondern wirkt sich auf die Raum-Zeit so, als müssten die Partikel.
Deshalb ist es so wichtig zu versuchen, direkten Nachweis der dunklen Materie. Bestätigen oder widerlegen die grundlegende Komponente der dunklen Materie in der Theorie ist es unmöglich, nur in der Praxis, Beobachtungen gesichert. Offenbar dunkle Materie hat nichts mit der dunklen Energie.
Ob es aus Teilchen? Bis wir Sie finden, können wir nur spekulieren. Das Universum zeigt sich wie Quanten in der Natur, wenn es darum geht, jede andere Form der Materie, daher kann man davon ausgehen, dass die dunkle Materie wäre das gleiche.
Und was, wenn die dunkle Materie ist ein Teilchen?
Ilja Hel