الأشياء غير المرئية حاليًا

الأشياء التي يعرفها العلم ويراها ليست سوى جزء صغير مما قد يكون موجودًا. بالطبع ، لا ينبغي أن يأخذ العلم والتكنولوجيا "الرؤية" بالمعنى الحرفي للكلمة. على الرغم من أن أعيننا لا تستطيع رؤيتها ، فقد تمكن العلم منذ فترة طويلة من "رؤية" أشياء مثل الهواء والأكسجين الذي يحتوي عليه ، وموجات الراديو ، والأشعة فوق البنفسجية ، والأشعة تحت الحمراء ، والذرات.

نحن نرى أيضًا بمعنى ما المادة المضادةعندما يتفاعل بعنف مع المادة العادية ، وهذه بشكل عام مشكلة أكثر صعوبة ، لأنه على الرغم من أننا رأينا ذلك في تأثيرات التفاعل ، بمعنى أكثر شمولية ، مثل الاهتزازات ، إلا أنه كان بعيد المنال بالنسبة لنا حتى عام 2015.

ومع ذلك ، ما زلنا بمعنى ما لا "نرى" الجاذبية ، لأننا لم نكتشف بعد حاملًا واحدًا لهذا التفاعل (أي ، على سبيل المثال ، جسيم افتراضي يسمى جرافيتون). ومن الجدير بالذكر هنا أن هناك بعض التشابه بين تاريخ الجاذبية و.

نرى فعل هذا الأخير ، لكننا لا نلاحظه مباشرة ، ولا نعرف ما يتكون منه. ومع ذلك ، هناك اختلاف جوهري بين هذه الظواهر "غير المرئية". لم يشكك أحد في الجاذبية. لكن الأمر مختلف مع المادة المظلمة (1).

كيف ز الطاقة المظلمةالتي يقال أنها تحتوي على أكثر من المادة المظلمة. تم الاستدلال على وجودها كفرضية تستند إلى سلوك الكون ككل. من المحتمل أن تكون "رؤيتها" أكثر صعوبة من المادة المظلمة ، وذلك فقط لأن تجربتنا المشتركة تعلمنا أن الطاقة بطبيعتها تظل شيئًا أقل وصولًا إلى الحواس (وأدوات المراقبة) من المادة.

وفقًا للافتراضات الحديثة ، يجب أن يشكل كلاهما داكنًا 96 ٪ من محتواه.

لذلك ، في الواقع ، حتى الكون نفسه غير مرئي إلى حد كبير بالنسبة لنا ، ناهيك عن أنه عندما يتعلق الأمر بحدوده ، فنحن نعرف فقط تلك التي تحددها الملاحظة البشرية ، وليس تلك التي قد تكون نهاياتها الحقيقية - إذا كانت موجودة على الاطلاق.

شيء ما يسحبنا مع المجرة بأكملها

قد يكون إخفاء بعض الأشياء في الفضاء أمرًا مروعًا ، مثل حقيقة أن 100 مجرة ​​مجاورة تتحرك باستمرار نحو نقطة غامضة في الكون تُعرف باسم جاذب كبير. تبعد هذه المنطقة حوالي 220 مليون سنة ضوئية ويسميها العلماء شذوذ الجاذبية. من المعتقد أن الجاذب العظيم لديه كتلة من الكوادريليونات من الشمس.

لنبدأ بحقيقة أنه يتوسع. حدث هذا منذ الانفجار العظيم ، وتقدر السرعة الحالية لهذه العملية بنحو 2,2 مليون كيلومتر في الساعة. هذا يعني أن مجرتنا ومجرة أندروميدا المجاورة لها يجب أن تتحرك بهذه السرعة ، أليس كذلك؟ ليس حقيقيًا.

في السبعينيات أنشأنا خرائط تفصيلية للفضاء الخارجي. خلفية الميكروويف (CMB) الكون ولاحظنا أن أحد جانبي مجرة ​​درب التبانة أكثر دفئًا من الآخر. كان الفرق أقل من جزء من مائة درجة مئوية ، لكن كان كافياً لنا أن نفهم أننا كنا نتحرك بسرعة 600 كيلومتر في الثانية باتجاه كوكبة قنطورس.

بعد بضع سنوات ، اكتشفنا أنه ليس نحن فقط ، ولكن كل شخص في نطاق مائة مليون سنة ضوئية منا ، كنا نتحرك في نفس الاتجاه. هناك شيء واحد فقط يمكنه مقاومة التمدد على هذه المسافات الشاسعة ، وهو الجاذبية.

أندروميدا ، على سبيل المثال ، يجب أن تبتعد عنا ، لكن في غضون 4 مليارات سنة سيتعين علينا ... الاصطدام بها. كتلة كافية يمكن أن تقاوم التوسع. في البداية ، اعتقد العلماء أن هذه السرعة كانت بسبب موقعنا على مشارف ما يسمى بالعنقود الفائق المحلي.

لماذا يصعب علينا رؤية هذا الجاذب العظيم الغامض؟ لسوء الحظ ، هذه مجرتنا ، التي تحجب رؤيتنا. من خلال حزام درب التبانة ، لا يمكننا رؤية حوالي 20٪ من الكون. يحدث فقط أنه يذهب بالضبط حيث يوجد الجاذب العظيم. من الممكن نظريًا اختراق هذا الحجاب بالأشعة السينية والأشعة تحت الحمراء ، لكن هذا لا يعطي صورة واضحة.

على الرغم من هذه الصعوبات ، فقد وجد أنه في إحدى مناطق الجاذب العظيم ، على مسافة 150 مليون سنة ضوئية ، توجد مجرة الكتلة نورما. وخلفه يوجد عنقود هائل أكثر ضخامة ، على بعد 650 مليون سنة ضوئية ، يحتوي على كتلة قدرها 10. المجرة ، أحد أكبر الأجسام في الكون التي نعرفها.

لذا ، يقترح العلماء أن الجاذب العظيم مركز الجاذبية العديد من مجموعات المجرات العملاقة ، بما في ذلك مجرتنا - حوالي 100 كائن في المجموع ، مثل درب التبانة. هناك أيضًا نظريات تقول إنها عبارة عن مجموعة ضخمة من الطاقة المظلمة أو منطقة عالية الكثافة ذات قوة جاذبية هائلة.

يعتقد بعض الباحثين أن هذه مجرد مقدمة للنهاية ... نهاية الكون. سيعني الكساد العظيم أن الكون سيزداد ثخانة في غضون بضعة تريليونات من السنين ، عندما يتباطأ التمدد ويبدأ في الانعكاس. بمرور الوقت ، سيؤدي ذلك إلى كتلة فائقة من شأنها أن تأكل كل شيء ، بما في ذلك نفسها.

ومع ذلك ، وكما لاحظ العلماء ، فإن توسع الكون سيقضي في النهاية على قوة الجاذب العظيم. سرعتنا تجاهها هي فقط خمس السرعة التي يتوسع بها كل شيء. سيتعين على البنية المحلية الواسعة لـ Laniakea (2) التي نحن جزء منها أن تتبدد يومًا ما ، وكذلك العديد من الكيانات الكونية الأخرى.

القوة الخامسة للطبيعة

والشيء الذي لا يمكننا رؤيته ، ولكن المشتبه به بشدة في الآونة الأخيرة ، هو التأثير الخامس المزعوم.

يتضمن اكتشاف ما يتم الإبلاغ عنه في وسائل الإعلام تكهنات حول جسيم افتراضي جديد يحمل اسمًا مثيرًا للفضول. X17يمكن أن تساعد في تفسير لغز المادة المظلمة والطاقة المظلمة.

تُعرف أربعة تفاعلات: الجاذبية ، والكهرومغناطيسية ، والتفاعلات الذرية القوية والضعيفة. إن تأثير القوى الأربع المعروفة على المادة ، من عالم الذرات الصغير إلى النطاق الهائل للمجرات ، موثق جيدًا ومفهوم في معظم الحالات. ومع ذلك ، عندما تفكر في أن ما يقرب من 96٪ من كتلة كوننا تتكون من أشياء غامضة لا يمكن تفسيرها تسمى المادة المظلمة والطاقة المظلمة ، فليس من المستغرب أن يشك العلماء منذ فترة طويلة في أن هذه القوى الأربعة لا تمثل كل شيء في الكون . متواصل.

محاولة لوصف قوة جديدة مؤلفها فريق يقوده أتيلا كراسناغورسكايا (3) ، لم تكن الفيزياء في معهد الأبحاث النووية (ATOMKI) التابع للأكاديمية المجرية للعلوم التي سمعنا عنها في الخريف الماضي أول مؤشر على وجود قوى غامضة.

كتب نفس العلماء لأول مرة عن "القوة الخامسة" في عام 2016 ، بعد إجراء تجربة لتحويل البروتونات إلى نظائر ، وهي أشكال مختلفة من العناصر الكيميائية. راقب الباحثون أن البروتونات تحول نظيرًا معروفًا باسم الليثيوم 7 إلى نوع غير مستقر من الذرات يسمى البريليوم -8.

3. أ. أتيلا كراسناوركاي (يمين)

عندما تحلل البريليوم -8 ، تشكلت أزواج من الإلكترونات والبوزيترونات ، مما أدى إلى تنافر بعضها البعض ، مما تسبب في خروج الجسيمات بزاوية. توقع الفريق أن يرى ارتباطًا بين الطاقة الضوئية المنبعثة أثناء عملية الاضمحلال والزوايا التي تتطاير عندها الجسيمات. بدلاً من ذلك ، انحرفت الإلكترونات والبوزيترونات بمقدار 140 درجة تقريبًا سبع مرات أكثر مما تنبأت به نماذجهم ، وهي نتيجة غير متوقعة.

كتب كراسناغوركاي: "يمكن وصف كل معرفتنا بالعالم المرئي باستخدام ما يسمى بالنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات". ومع ذلك ، فإنه لا يوفر أي جسيمات أثقل من الإلكترون وأخف من الميون ، وهو أثقل 207 مرة من الإلكترون. إذا وجدنا جسيمًا جديدًا في نافذة الكتلة أعلاه ، فإن هذا يشير إلى بعض التفاعلات الجديدة غير المدرجة في النموذج القياسي.

تم تسمية الجسم الغامض بـ X17 بسبب كتلته المقدرة بـ 17 ميغا إلكترون فولت (MeV) ، أي حوالي 34 مرة من كتلة الإلكترون. راقب الباحثون تحلل التريتيوم إلى هيليوم -4 ولاحظوا مرة أخرى تفريغًا قطريًا غريبًا ، مما يشير إلى جسيم كتلته حوالي 17 ميغا إلكترون فولت.

أوضح كراسناهوركاي: "يتوسط الفوتون القوة الكهرومغناطيسية ، ويتوسط الغلوون القوة الشديدة ، ويتوسط البوزونات W و Z القوة الضعيفة".

"يجب أن يتوسط جسيمنا X17 تفاعلًا جديدًا ، الخامس. تقلل النتيجة الجديدة من احتمال أن تكون التجربة الأولى مجرد مصادفة ، أو أن النتائج تسببت في حدوث خطأ في النظام ".

المادة المظلمة تحت الأقدام

من الكون العظيم ، من عالم الألغاز الغامض وألغاز الفيزياء العظيمة ، دعونا نعود إلى الأرض. نحن نواجه مشكلة مفاجئة إلى حد ما هنا ... برؤية كل ما بداخله وتصويره بدقة (4).

قبل بضع سنوات كتبنا في MT about سر نواة الأرضأن التناقض مرتبط بخلقه ولا يعرف بالضبط ما هي طبيعته وهيكله. لدينا طرق مثل الاختبار باستخدام موجات زلزالية، تمكنت أيضًا من تطوير نموذج للبنية الداخلية للأرض ، والتي يوجد اتفاق علمي عليها.

لكن مقارنة بالنجوم والمجرات البعيدة ، على سبيل المثال ، فهمنا لما يكمن تحت أقدامنا ضعيف. الأجسام الفضائية ، حتى الأشياء البعيدة جدًا ، نرى ببساطة. لا يمكن قول الشيء نفسه عن اللب ، أو طبقات الوشاح ، أو حتى الطبقات العميقة من قشرة الأرض..

يتوفر فقط البحث الأكثر مباشرة. تكشف الوديان الجبلية عن صخور يصل عمقها إلى عدة كيلومترات. تمتد أعمق آبار الاستكشاف على عمق يزيد قليلاً عن 12 كم.

يتم توفير معلومات حول الصخور والمعادن التي تبني منها أعمق بواسطة xenoliths ، أي أجزاء من الصخور تمزقها ونقلها بعيدًا عن أحشاء الأرض نتيجة العمليات البركانية. على أساسهم ، يمكن لعلماء البترول تحديد تكوين المعادن على عمق مئات الكيلومترات.

يبلغ نصف قطر الأرض 6371 كم ، وهو ليس طريقًا سهلاً لجميع "المتسللين" لدينا. بسبب الضغط الهائل ودرجة الحرارة التي تصل إلى حوالي 5 درجات مئوية ، من الصعب توقع إمكانية الوصول إلى أعمق المناطق الداخلية للمراقبة المباشرة في المستقبل المنظور.

إذن كيف نعرف ما نعرفه عن بنية باطن الأرض؟ يتم توفير هذه المعلومات من خلال الموجات الزلزالية الناتجة عن الزلازل ، أي تنتشر الموجات المرنة في وسط مرن.

لقد حصلوا على اسمهم من حقيقة أنهم ولدوا بالضربات. يمكن أن ينتشر نوعان من الموجات المرنة (الزلزالية) في وسط مرن (جبلي): أسرع - طولاني وأبطأ - عرضي. الأول هو تذبذبات الوسط التي تحدث على طول اتجاه انتشار الموجة ، بينما في التذبذبات العرضية للوسط تحدث بشكل عمودي على اتجاه انتشار الموجة.

يتم تسجيل الموجات الطولية أولاً (lat. primae) ، ويتم تسجيل الموجات المستعرضة الثانية (lat. secundae) ، ومن ثم يتم تمييزها التقليدي في علم الزلازل - الموجات الطولية p و s المستعرضة. موجات P أسرع بنحو 1,73 مرة من s.

تتيح المعلومات التي توفرها الموجات الزلزالية إمكانية بناء نموذج لباطن الأرض بناءً على الخصائص المرنة. يمكننا تحديد الخصائص الفيزيائية الأخرى بناءً على مجال الجاذبية (الكثافة ، الضغط) ، المراقبة التيارات المغناطيسية المتولدة في غلاف الأرض (توزيع الموصلية الكهربائية) أو تحلل تدفق حرارة الأرض.

يمكن تحديد التركيب الصخري على أساس المقارنة مع الدراسات المختبرية لخصائص المعادن والصخور تحت ظروف الضغط العالي ودرجات الحرارة.

تشع الأرض بالحرارة ، ولا يعرف مصدرها. في الآونة الأخيرة ، ظهرت نظرية جديدة تتعلق بأكثر الجسيمات الأولية مراوغة. يُعتقد أن الطبيعة قد توفر أدلة مهمة على سر الحرارة المنبعثة من داخل كوكبنا. نيوترينو - جسيمات ذات كتلة صغيرة للغاية - تنبعث من العمليات الإشعاعية التي تحدث في أحشاء الأرض.

المصادر الرئيسية المعروفة للنشاط الإشعاعي هي الثوريوم والبوتاسيوم غير المستقرين ، كما نعلم من عينات الصخور التي تصل إلى 200 كيلومتر تحت سطح الأرض. ما يكمن أعمق غير معروف بالفعل.

نحن نعلم ذلك جيونوترينو تلك المنبعثة أثناء تحلل اليورانيوم لديها طاقة أكثر من تلك المنبعثة أثناء تحلل البوتاسيوم. وبالتالي ، من خلال قياس طاقة الجيونوترينوات ، يمكننا معرفة المواد المشعة التي تأتي منها.

لسوء الحظ ، من الصعب جدًا اكتشاف الجيونوترينوات. لذلك ، تطلبت ملاحظتهم الأولى في عام 2003 وجود كاشف ضخم تحت الأرض مليء بحوالي. طن من السوائل. تقيس هذه الكواشف النيوترينوات عن طريق الكشف عن الاصطدامات مع ذرات السائل.

منذ ذلك الحين ، لوحظت الجيونوترينوات في تجربة واحدة فقط باستخدام هذه التكنولوجيا (5). كلا القياسات تظهر ذلك يمكن تفسير حوالي نصف حرارة الأرض الناتجة عن النشاط الإشعاعي (20 تيراواط) من خلال اضمحلال اليورانيوم والثوريوم. مصدر الـ 50٪ الباقية .. ما زال غير معروف ماذا.

5. خريطة نموذجية لكثافة انبعاثات geoneutrino على الأرض - التنبؤات

في يوليو 2017 ، بدأ البناء في المبنى ، المعروف أيضًا باسم DUNEمن المقرر الانتهاء منه في حوالي عام 2024. يقع المرفق على بعد 1,5 كيلومتر تقريبًا تحت الأرض في Homestack السابق ، ساوث داكوتا.

يخطط العلماء لاستخدام DUNE للإجابة على أهم الأسئلة في الفيزياء الحديثة من خلال دراسة النيوترينوات بعناية ، وهي واحدة من أقل الجسيمات الأساسية فهماً.

في أغسطس 2017 ، نشر فريق دولي من العلماء مقالًا في مجلة Physical Review D يقترح استخدامًا مبتكرًا إلى حد ما لـ DUNE كجهاز مسح ضوئي لدراسة باطن الأرض. إلى الموجات الزلزالية والآبار ، ستتم إضافة طريقة جديدة لدراسة باطن الكوكب ، والتي ، ربما ، ستظهر لنا صورة جديدة تمامًا عنها. ومع ذلك ، هذه مجرد فكرة في الوقت الحالي.

من المادة المظلمة الكونية ، وصلنا إلى باطن كوكبنا ، ليس أقل ظلمة بالنسبة لنا. وعدم قابلية هذه الأشياء للاختراق أمر مثير للقلق ، ولكن ليس بقدر القلق من أننا لا نرى كل الأشياء القريبة نسبيًا من الأرض ، خاصة تلك الموجودة في طريق الاصطدام بها.

ومع ذلك ، هذا موضوع مختلف قليلاً ، ناقشناه مؤخرًا بالتفصيل في MT. رغبتنا في تطوير أساليب المراقبة لها ما يبررها تمامًا في جميع السياقات.