Jeden Velký Problém S Všechny Alternativy temné Hmoty A Temné Energie

Bez ohledu na to, jak moc bychom se mohli pokusit skrýt, tam je obrovský problém zírá nás tváří v tvář, když přijde do Vesmíru. Kdybychom rozuměli jen třem věcem:

1. zákony, které řídí Vesmír,
2. komponenty, které tvoří Vesmír,
3. podmínky, že Vesmír začal,

měli bychom být schopni to udělat co nejvíce pozoruhodnou věc. Můžeme zapsat soustavu rovnic, s dostatečně výkonné počítače, které máme k dispozici, by popsat, jak se Vesmír vyvíjel v průběhu času transformovat z těchto počátečních podmínek do Vesmíru, které vidíme dnes.

Každou jednotlivou událost, která nastala v naší kosmické historie — na limity klasického chaosu a kvantové indeterminismu — by mohlo být známo a popsáno do detailu, z jednotlivých interakcí mezi kvantové částice největší kosmické váhy. Problém čelíme, když jsme se snaží dělat přesně to, je, že i přes všechno, co víme o Vesmíru, co očekáváme, a co jsme pozorovat ne zcela shodují, pokud bychom přidat nejméně dvě tajemné přísady: nějaký druh z temné hmoty a nějaký druh z temné energie. Je to pozoruhodná hádanka k vyřešení, a něco, s čím musí každý astrofyzik počítat. Zatímco mnozí rádi prezentují alternativy, všichni jsou ještě horší než neuspokojivá Oprava temné hmoty a energie. Zde je věda o tom, proč.

Existuje celá zabil měření můžeme udělat, které pomohly odhalit podstatu Vesmíru. Změřili jsme oběžné dráhy planet a lom světla v důsledku přítomnosti hmoty, které ukázaly, že Einsteinovy Obecné teorie Relativity a ne newtonovy zákony všeobecné gravitace nejlépe popisuje naši realitu. Odhalili jsme chování subatomárních částic, antičástic a fotonů a odhalili kvantové síly a pole, které řídí náš vesmír. Chceme-li simulovat, jak se Vesmír vyvíjel v čase, musíme vzít známé, prokazatelně správné zákony na váhu testovali jsme je a aplikovat na vesmír jako celek.

také jsme byli schopni měřit celou řadu vlastností o všech objektech, které můžeme pozorovat v celém vesmíru. Naučili jsme se, jak hvězdy svítí a vyzařují světlo, a může říct hodně o hvězdě — Jak Masivní, horký, světelný, Starý, bohatý na těžké prvky, atd. – jen tím, že se správně podíváme na jeho světlo. Kromě toho bylo identifikováno mnoho dalších forem hmoty, jako jsou planety, hvězdné mrtvoly, neúspěšné hvězdy, plyn, prach, plazma a dokonce i černé díry.

Jsme na dobré cestě k provádění „kosmické sčítání lidu“ druhů, kde můžeme přidat veškeré hmoty a energie Vesmíru, a to, co je psaní. Kromě hmoty jsme identifikovali antihmotu v malých množstvích. V našem viditelném vesmíru nejsou žádné hvězdy ani galaxie, vyrobené z antihmoty místo normální hmoty, ale existují proudy antihmoty proudící pryč od vysokoenergetických přírodních motorů, jako jsou černé díry a neutronové hvězdy. Tam jsou také neutrina letící Vesmírem, malé hmoty, ale obrovské číslo, generované během horkého Velkého Třesku a také z jaderných procesů v hvězdy a hvězdné pohromy.

problém, samozřejmě, je, že když vezmeme všechny ingredience, které jsme přímo měřit, platí rovnice, které řídí Vesmír k vesmíru jako celku, a pokusit se dát všechno dohromady, to nesedí. Zákony, které známe, a složky, které jsme přímo objevili, když jsou kombinovány, nedokážou vysvětlit vesmír tak, jak ho vidíme. Zejména existuje několik pozorování, která se zdají být vzájemně vylučující, pokud chceme prozkoumat nulovou hypotézu: že to, co vidíme a co víme, je vše, co existuje.

už Jste slyšeli o temné hmotě předtím, a důvod, proč jste pravděpodobně slyšeli jsme třeba to, že „není dost normální věc, aby účet pro všechny účinky gravitace, které vidíme.“Nejčastější otázka, kterou astrofyzici dostanou, je:“ No, co když je tam jen více normální hmoty než typy hmoty, které jsme dobří v detekci? Co když „temná hmota“ je jen normální hmota, která se stane temnou?“

problém s touto myšlenkou je, že víme-z pozorování, které již máme-kolik normální hmoty celkem existuje ve viditelném vesmíru. Vesmír byl v minulosti teplejší a hustší, a když byly věci dostatečně horké a husté, mohly existovat pouze volné protony a neutrony. Pokud se pokusili spojit do jakékoli kombinace těžších jader, vesmír byl tak energický, že by byl okamžitě odstřelen. Nejlehčí prvky, které existují,

• vodíku (1 proton),
• deuterium (1 proton a 1 neutron),
• helium-3 (2 protonů a 1 neutron),
• helium-4 (2 protony a 2 neutrony),
• a lithia-7 (3 protony a 4 neutrony)

byly vytvořeny v prvních 3-4 minut z Vesmíru, které tvoří až po Vesmír se ochladí natolik, že nejsou okamžitě zničeny.

Co je pozoruhodné, že, protože zákony fyziky, které řídí částice (a jaderná fúze), jsou tak zřejmé,, můžeme to spočítat přesně — za předpokladu, že Vesmír byl kdysi teplejší a hustší, a rozšířil se a ochladí se z toho, že stát — to, co různé poměry těchto různých lehkých prvků by měl být. Dokonce jsme přímo studovali reakce v laboratoři a věci se chovají přesně tak, jak předpovídá naše teorie. Jediným faktorem, který měníme, je poměr foton-baryon, který nám říká, kolik kosmických fotonů (částic světla) existuje pro každý proton nebo neutron (baryony) v našem vesmíru.

nyní jsme to všechno změřili. Satelity jako COBE, WMAP a Planck změřily, kolik fotonů je ve vesmíru: 411 na kubický centimetr prostoru. Intervenující mraky plynu, které se objevují mezi námi a vzdáleného zdroje světla, jako světelný galaxie či kvasaru, bude absorbovat část světla, jak to cestuje Vesmírem, nás učí abundances těchto prvků a izotopů přímo. Když to všechno sečteme, pouze ~5% celkové energie ve vesmíru může být normální hmota: nic víc a nic méně.

kromě těch, které jsou zde zmíněny, existují nejrůznější pozorování, která musíme zohlednit. Univerzální zákon přírody není dobrý, pokud funguje pouze za určitých vybraných podmínek; musíte být schopni vysvětlit širokou škálu kosmických jevů, pokud chcete, aby byla vaše navrhovaná kosmologie brána vážně. Musíš to vysvětlit.:

• kosmické webové struktury vidíme v našem Vesmíru a jak se to tvoří,
• velikostech, hmotnost, a stabilita jednotlivých galaxií,
• rychlosti galaxií zip uvnitř kupy galaxií,
• teplotní výkyvy potiskem v kosmické mikrovlnné záření pozadí: Velký Třesk je zbytky záře,
• gravitační čočkování pozorovat kolem kupy galaxií, jak izolovat a ty, které v procesu kolize,
• a jak rozpínání Vesmíru se mění v průběhu času v přesném módní pozorovali jsme je to změnit.

Existuje mnoho dalších pozorování, které můžeme složit do tohoto výběru, ale tyto byly vybrány pro konkrétní důvod: ve Vesmíru vyrobeny pouze z normální hmoty, záření a neutrin v jejich pozorované množství, nemůžeme vysvětlit tato pozorování. Abychom vysvětlili vesmír, který vidíme, je zapotřebí něco dalšího.

V podstatě si můžete představit, že pouze jeden nový trik by mohl účet za všechno. Že možná, kdybychom byli dost chytří, mohli bychom přidat jednu novou složku nebo provést jednu úpravu našich pravidel, která by vysvětlila všechna tato pozorování dohromady. To byla původní myšlenka temné hmoty, mimochodem, jak to bylo poprvé navržen v roce 1930 Fritz Zwicky. Byl první, kdo změřil rychlost galaxií, které se kroužily uvnitř galaxií, a zjistil, že musí existovat něco jako ~100 krát tolik hmoty, kolik by hvězdy mohly představovat. Předpokládal novou složku-temnou hmotu — která by mohla odpovídat za všechno.

víme, že temná hmota z pozorování a experimentů nemůže být vyrobena z žádné ze známých částic, které existují v rámci standardního modelu fyziky. Dozvěděli jsme se, že temná hmota nemohla být horká, nebo rychle se pohybující, ani brzy; buď musí být docela masivní, nebo se musí narodit bez velké kinetické energie. Naučili jsme se, že nemůže interagovat prostřednictvím silné nebo elektromagnetické nebo slabé síly žádným znatelným způsobem. A zjistili jsme, že když do vesmíru přidáme jednu složku studené temné hmoty, téměř všechna pozorování zapadnou do řady.

S temnou hmotou samotnou, můžeme vysvětlit mnoho připomínek, které nedokážeme vysvětlit bez něj. Získáme kosmický web; dostaneme hvězdokupy, že sloučit do malé galaxie, které rostou do velkých galaxií a nakonec kupy galaxií; dostaneme rychle se pohybující galaxie v rámci těchto uskupení; jsme si oddělení mezi horkým plynem a účinky gravitace, když kupy galaxií srazí; dostaneme galaxií, které se otáčejí stejně rychle, jako se na vnější, jako je tomu na vnitřní straně; dostaneme významné gravitační čočkování, v souladu s připomínkami; dostaneme teplotní výkyvy, které se shodují s kosmické mikrovlnné pozadí, a vysvětlit, že pravděpodobnost nalezení galaxy určité vzdálenosti od jakékoli jiné galaxii.

ale nemáme úplně všechno. Temná hmota je jedna další „věc“, kterou můžeme přidat — a ukázalo se, že je to spíše složka než modifikace-k vyřešení největšího počtu těchto problémů najednou, ale nedává nám to úplně všechno. Neřeší to (větší) problém rychlosti expanze a nevysvětluje to (menší) hádanku, proč, i když překonává normální hmotu poměrem 5: 1, je vesmír prostorově plochý. Nějak se 2/3 celkové energie vesmíru nezapočítává.

Temná energie je, samozřejmě, je druhá další složky můžeme přidat vysvětlit zbývající pozorování. Funguje jako forma energie vlastní samotnému vesmíru, teprve když se vesmír rozšířil, aby se stal dostatečně zředěným a rozptýleným. To tvoří většinu energie vesmíru dnes, poté, co byl nedůležitý pro první ~7+ miliardy let. A způsobuje, že vzdálené galaxie zrychlují, spíše než zpomalují, když se vzdalují od nás v rozpínajícím se vesmíru.

neexistuje žádná jediná modifikace, která by vysvětlila všechna tato pozorování společně. Ve skutečnosti jakákoli jiná změna, kterou můžete provést-buď změnou zákonů nebo přidáním nové složky-vyřeší méně těchto problémů než temná hmota nebo temná energie. Většina konkurenčních nápadů, jako například:

• mění zákony gravitace,
• s temné energie, být dynamické pole nebo entita, která se vyvíjí s časem,
• nebo vymýšlet nějaké rozpadající se temné hmoty nebo začátkem temné energie,

mít jeden (nebo oba) dvě fatální chyby. Buď vyžadují více než dva nové parametry, které jsou přidány temnou hmotou a temnou energií, nebo se jim nepodaří vyřešit všechny problémy, které přidání temné hmoty a temné energie řeší.

Ve vědě, většina lidí využít Occamova břitva — představa, že vzhledem k tomu, volba mezi vysvětlení, nejjednodušší je obvykle nejlepší — chybně. Není jednodušší upravit gravitaci, než přidat temnou hmotu a temnou energii, ne pokud tato modifikace vyžaduje dva nebo více přidaných parametrů. Není jednodušší zavést Typ temné energie, která je něco jiného než kosmologická konstanta; ta je nejvíce „vanilkovou“ třídou temné energie, a funguje to pro všechno. Místo toho byste museli udělat něco jako vymyslet vysvětlení, které zavedlo pouze jednu novou entitu a nahradilo temnou hmotu i temnou energii dohromady.

jak je to znepokojující, temná hmota a temná energie jsou nejjednodušším vysvětlením. Samotná myšlenka temné tekutiny vyžaduje více volných parametrů. Nové relativistické MOND představen dříve v tomto roce, nebo staré tenzor-vektoru-skalární gravitační Bekenstein nejen přidává alespoň tolik parametrů temné hmoty a temné energie, ale stále nemůže vysvětlit, kupy galaxií. Problém není v tom, že temná hmota a temná energie prostě musí mít pravdu. Je to tak, že všechny ostatní myšlenky jsou objektivně horší. Ať už se skutečně děje s naším vesmírem, dlužíme si, abychom pokračovali ve vyšetřování. Je to jediný způsob, jak se někdy dozvíme, jak příroda skutečně funguje, jednoduché nebo ne.