Materia scura. Sei prublemi cosmologichi

I muvimenti di l'uggetti in una scala còsmica sò sottumessi à a bona teoria newtoniana. In ogni casu, a scuperta di Fritz Zwicky in l'anni 30 è e numerose osservazioni successive di galassie distanti chì giranu più veloce di a so massa apparente indicanu chì anu purtatu l'astrònomu è i fisici à calculà a massa di a materia scura, chì ùn pò esse determinata direttamente in ogni intervallu d'osservazione dispunibule. à i nostri arnesi. L'estimazione hè stata assai alta - avà hè stimatu chì quasi 27% di a massa di l'Universu hè materia scura. Questu hè più di cinque volte più di a sustanza "ordinariu" dispunibule per i nostri osservazioni.

Sfurtunatamente, pare chì e particeddi elementari ùn anu micca previstu l'esistenza di particeddi chì custituiscenu sta massa misteriosa. Finu à avà, ùn avemu micca statu capace di detectà elli o generà fasci d'alta energia in acceleratori durante i collisioni. L'ultima speranza di i scientisti era a scuperta di neutrini "sterili", chì puderanu custituiscenu a materia scura. Tuttavia, finu à avà, i tentativi di detectà ùn anu micca successu.

Energia scura

Siccomu hè statu scupertu in l'anni 90 chì l'espansione di l'Universu ùn hè micca constantu, ma hè acceleratu, un altru aghjuntu à i calculi era necessariu, sta volta cù energia in l'Universu. Hè risultatu chì per spiegà sta accelerazione, l'energia supplementaria (vale à dì massa, perchè sicondu a teoria di a relatività speciale sò listessi) - i.e. energia scura - deve custituiscenu circa 68% di l'Universu.

Questu significaria chì più di dui terzi di l'Universu hè custituitu da... quale sà chì ! Perchè, cum'è cù a materia scura, ùn pudemu micca catturà o scopre a so natura. Qualchidunu crede chì questu hè l'energia di u vacuum, a listessa energia à quale particeddi appare "fora di nunda" per via di effetti quantum. Altri suggerenu chì hè "quintessenza", a quinta forza di a natura.

Ci hè ancu una ipotesi chì u principiu cosmologicu ùn hè micca appiicatu à tuttu, l'Universu hè eterogeneu, hà diverse densità in diverse spazii, è questi fluttuazioni creanu l'illusione di accelerazione di espansione. In questu casu, u prublema di l'energia scura seria solu una illusione.

Einstein hà introduttu in e so teorie - è dopu sguassate - u cuncettu constantu cosmologicuassuciatu cù energia scura. U cuncettu hè statu cuntinuatu da i teorichi di a meccanica quantistica, chì anu pruvatu à rimpiazzà u cuncettu di a constante cosmologica. energia di campu quantum vacuum. Tuttavia, sta teoria hà datu 10¹²⁰ più energia di ciò chì hè necessariu per espansione l'universu à u ritmu chì sapemu...

inflazione

Teoria inflazione cosmica spiegà assai satisfactoriamente, ma introduce un prublema chjucu (vale, micca chjucu per tutti) - suggerisce chì in u primu periodu di a so esistenza a vitezza di a so espansione era più grande di a velocità di a luce. Questu spiegà a struttura attualmente visibile di l'uggetti còsmici, a so temperatura, l'energia, etc. U puntu, però, hè chì nisuna traccia di questu anticu avvenimentu ùn hè ancu statu trovu.

I ricercatori di l'Imperial College London, Londra, è l'Università di Helsinki è Copenhagen descrivanu in 2014 in Lettere di Revisione Fisica cumu a gravità furnia a stabilità necessaria per l'Universu per sopravvive à l'inflazione severa prima di u so sviluppu. A squadra hà analizatu interazione trà particelle di Higgs è gravità. I scientisti anu dimustratu chì ancu una piccula interazzione di stu tipu pò stabilizzà l'Universu è salvà da u disastru.

Graficu di a velocità di rotazione di a galassia spirale M33

"U mudellu standard di a fisica di particelle, chì i scientisti utilizanu per spiegà a natura di e particeddi elementari è e so interazzione, ùn hà ancu rispostu à a quistione di perchè l'Universu ùn hà micca colapsatu subitu dopu à u Big Bang", hà dettu u prufessore. Rajanti hè di ritornu da u Dipartimentu di Fisica à l'Imperial College. "In u nostru studiu, avemu focu annantu à un paràmetru scunnisciutu di u mudellu Standard, vale à dì l'interazzione trà e particelle di Higgs è a gravità. Stu paràmetru ùn pò esse misuratu in l'esperimenti di l'acceleratore di particelle, ma hà una forte influenza nantu à l'inestabilità di particeddi Higgs durante a fase di inflazione. Ancu un picculu valore di stu paràmetru hè abbastanza per spiegà a sopravvivenza ".

Web di materia scura illuminata da quasar

Certi scientisti credi chì l'inflazione, una volta principia, hè difficiule di piantà. Cuncludenu chì a so cunsiquenza era a creazione di novi universi, fisicamenti separati da u nostru. È stu prucessu cuntinueghja finu à oghje. U multiversu hè sempri criendu novi universi in una corsa inflazionistica.

Riturnendu à u principiu di a velocità constante di a lumera, certi teorichi di l'inflazione suggerenu chì a velocità di a luce hè, sì, un limitu strettu, ma micca una constante. In a prima era era più altu, chì permette l'inflazione. Avà cuntinueghja à falà, ma cusì pianu chì ùn pudemu micca nutà.

Cumminendu Interazioni

Bilanciu attuale di materia ordinaria, materia scura è energia scura

U mudellu Standard, ancu s'ellu unisce i trè tippi di forze naturali, ùn combina micca forze debbuli è forti à a satisfaczione di tutti i scientisti. A gravità si trova à u latu è ùn pò ancu esse inclusu in un mudellu generale cù u mondu di particeddi elementari. Ogni tentativu di cuncilià a gravità cù a meccanica quantistica produce tantu infinitu in i calculi chì l'equazioni perde u so valore.

Teoria quantistica di a gravità abbisogna rompà a cunnessione trà a massa gravitazionale è a massa inerziale, cunnisciuta da u principiu di equivalenza (vede l'articulu: "Sei principii di l'universu"). A violazione di stu principiu mina l'edificu di a fisica muderna. Cusì, una tale tiuria, chì apre a strada à una teoria di u sognu di tuttu, pò ancu distrughje a fisica cunnisciuta finu à quì.

Ancu s'è a gravità hè troppu debule per esse notu in a piccula scala di l'interazzione quantistica, ci hè un locu induve diventa abbastanza forte per a materia in a meccanica di i fenomeni quantistici. Questu buchi neri. Tuttavia, i fenomeni chì si verificanu à l'internu è in a so periferia sò sempre pocu capitu è ​​studiatu.

Stabbilimentu di l'Universu

U Modelu Standard ùn pò micca predice a magnitudine di e forze è e massi chì nascenu in u mondu di particeddi. Amparamu di sti quantità misurà è aghjunghje dati à a teoria. I scientisti sò constantemente scopre chì una piccula differenza in quantità misurate hè abbastanza per l'Universu per diventà cumplettamente sfarente.

Per esempiu, hà a massa più chjuca necessaria per sustene a materia stabile di tuttu ciò chì sapemu. A quantità di materia scura è energia hè equilibrata currettamente per furmà galassie.

Unu di i prublemi più misteriosi cù tuning i paràmetri di l'Universu hè vantaghju di a materia sopra l'antimateriachì permette chì tuttu esiste stabilmente. Sicondu u mudellu Standard, uguali quantità di materia è antimateria deve esse pruduciutu. Di sicuru, da u nostru puntu di vista, hè bonu chì a materia hà un vantaghju, postu chì quantità uguali implicanu una inestabilità di l'Universu, scuzzulata da u focu viulente di annihilation di i dui tipi di materia.

Visualizazione di u multiversu cù universi in espansione è cuntrazione

Prublemu di misurazione

dicisioni dimensione oggetti quantistici significa u colapsu di a funzione d'onda, vale à dì u "cambiamentu" di u so statu da dui (u gattu di Schrödinger in un statu incertu di "vivu o mortu") à unu (sapemu ciò chì hè accadutu à u ghjattu).

Una di l'ipotesi più audaci ligati à u prublema di a misurazione hè u cuncettu di "assai mondi" - e pussibulità da quale avemu sceltu quandu si misurà. I mondi si separanu à ogni mumentu. Cusì, avemu un mondu in u quali fighjemu in una scatula cù un gattu, è un mondu in u quale ùn vedemu micca in una scatula cù un ghjattu... In u primu, un mondu in quale campa u gattu, o unu in. ch'ellu ùn campa, ecc d.

hà cridutu chì ci era qualcosa di prufondamente sbagliatu cù a meccanica quantistica, è a so opinione ùn era micca da piglià à a ligera.

Quattru interazzioni basi