Mi a probléma?

Anyag veszi körül minket. Valójában számítunk. Minden, amit az univerzumban észlelünk, az is számít. Annyira alapvető, hogy egyszerűen elfogadjuk, hogy minden anyagból készül. Ez az alapvető építőeleme mindent: a földi élet, a bolygó, amelyen élünk, a csillagok és a galaxisok. Jellemzően minden olyan anyagként definiálható, amely tömegű és nagy helyet foglal el.

Az anyag építőelemeit atomoknak és molekuláknak nevezzük. Ők is számít. Az anyagot, amelyet normál módon fel tudunk mutatni, "baronikus" anyagnak nevezzük. Van azonban egy másik típusú anyag, amely közvetlenül nem észlelhető. De befolyása képes. Ezt hívják sötét anyag.

Könnyű tanulmányozni a normál anyagot vagy a "baryonic anyagot". Bontható szubatomos részecskékre, leptonoknak (például elektronok) és kvarkoknak (protonok és neutronok építőkövei). Ezek alkotják az atomokat és molekulákat, amelyek alkotóelemei mindennek, az embertől a csillagig.

A normál anyag világító, vagyis elektromágneses és gravitációs kölcsönhatásban van más anyaggal és az anyaggal sugárzás. Nem feltétlenül ragyog, mint gondolunk egy ragyogó csillagra. Egyéb sugárzást bocsáthat ki (például infravörös).

Egy másik szempont, amely felmerül az anyag megvitatásakor, az, amit antianyagnak hívnak. Gondolj rá, mint a normál anyag fordítottjára (vagy esetleg tükörképére). Gyakran hallunk róla, amikor a tudósok beszélnek anyag / anyag elleni reakciók mint energiaforrások. Az antianyag mögöttes gondolata az, hogy minden részecskének olyan részecske-ellenes része van, amelynek tömege azonos, de ellentétes centrifugával és töltéssel. Amikor az anyag és az antianyag összeütköznek, megsemmisítik egymást, és tiszta energiát hoznak létre gamma sugarak. Ez az energiatermelés, ha felhasználható, hatalmas energiát biztosítana minden civilizáció számára, amely kitalálhatja, hogyan kell ezt biztonságosan végrehajtani.

A normál anyaggal ellentétben a sötét anyag olyan anyag, amely nem világít. Vagyis nem működik együtt elektromágnesesen, ezért sötétnek tűnik (azaz nem tükrözi, vagy nem bocsát ki fényt). A sötét anyag pontos jellege nem ismert, bár annak hatását más tömegekre (például galaxisokra) a csillagászok, például Dr. Vera Rubin és mások. Ennek jelenléte azonban a normál anyagokra gyakorolt ​​gravitációs hatással detektálható. Például jelenléte korlátozhatja például a csillagok mozgását egy galaxisban.

Jelenleg három alapvető lehetőség van a sötét anyagot alkotó "dolgokra":

• Hideg sötét anyag (CDM): Van egy olyan jelölt, amelyet úgy hívnak, hogy a gyengén kölcsönhatásban lévõ hatalmas részecske (WIMP), amely lehet a hideg sötét anyag alapja. A tudósok azonban nem sokat tudnak róla, vagy arról, hogy hogyan alakulhatott ki a világegyetem történetének korai szakaszában. A CDM-részecskék egyéb lehetőségei között szerepel az axiók is, ezeket azonban soha nem fedezték fel. Végül vannak MACHO-k (MAssive Compact Halo Objects), amelyek megmagyarázhatják a sötét anyag mért tömegét. Ezek a tárgyak magukban foglalják fekete lyukak, ősi neutron csillagok és bolygóbeli tárgyak amelyek mind nem világítanak (vagy csaknem ilyenek), de mégis jelentős mennyiségű tömeget tartalmaznak. Ezek jól megmagyaráznák a sötét anyagot, de van egy probléma. Nagyon soknak kellene lennie (több, mint az elvárható lenne bizonyos galaxisok korának figyelembevételével), és eloszlásuknak hihetetlenül nagyszerűnek kell lennie jól elterjedt az egész világegyetemben, hogy megmagyarázza a sötét anyagot, amelyet a csillagászok "odakint találtak". Tehát a hideg sötét anyag továbbra is "munka" haladás."
• Meleg sötét anyag (WDM): Úgy gondolják, hogy ez steril neutrinókból áll. Ezek olyan részecskék, amelyek hasonlóak a normál neutrinókhoz, kivéve az a tény, hogy sokkal tömegebbek és nem lépnek kölcsönhatásba a gyenge erőn keresztül. A WDM másik jelöltje a gravitino. Ez egy elméleti részecske, amely létezne, ha a szupergravitáció elmélete lenne - a keverék általános relativitáselmélet és szuperszimmetria - erősítés. A WDM vonzó jelölés a sötét anyag megmagyarázására, ám a steril neutrinók vagy a gravitinók létezése a legjobb esetben spekulatív.
• Forró sötét anyag (HDM): A forró sötét anyagnak tekintett részecskék már léteznek. "Neutrinóknak" hívják őket. Akkor utaznak majdnem a fénysebesség és ne „összerakódjunk” egymással oly módon, ahogyan azt a sötét anyag kivetítjük. Tekintettel arra is, hogy a neutrinó csaknem tömeg nélküli, hihetetlen mennyiségűre lenne szükség ahhoz, hogy felállítsák az ismert sötét anyag mennyiségét. Az egyik magyarázat az, hogy létezik még egy nem észlelt neutrino típus vagy íz, amely hasonló lenne a már ismert létezéséhez. Ennek ellenére lényegesen nagyobb tömeg lenne (és ennélfogva talán lassabb). De ez valószínűleg inkább hasonlít a meleg sötét anyaghoz.

Az anyag nem létezik valóban befolyás nélkül az univerzumban, és kíváncsi kapcsolat van a sugárzás és az anyag között. Ezt a kapcsolatot a 20. század elejéig nem értették jól. Ekkor Albert Einstein elkezdett gondolkodni a kapcsolat között ügy energia és sugárzás. Így állt elő: a relativitáselmélet szerint a tömeg és az energia egyenértékűek. Ha elegendő mennyiségű sugárzás (fény) ütközik más, kellően nagy energiájú fotonokkal (egy másik szó a fény "részecskéknek"), tömeg képződik. Ezt a folyamatot vizsgálják a tudósok óriás laboratóriumokban részecske ütközőkkel. Munkájuk mélyen az anyag szívébe merül, keresve a legkisebb részecskéket, amelyekről ismert, hogy léteznek.

Tehát, bár a sugárzást nem kifejezetten anyagnak tekintik (nem rendelkezik tömeggel vagy nem foglal el térfogatot, legalábbis nem egy jól meghatározott módon), az anyaghoz kapcsolódik. Ennek oka az, hogy a sugárzás anyagot hoz létre, az anyag sugárzást hoz létre (például amikor az anyag és az anyag összeütközik).

Az anyag-sugárzás kapcsolatának további lépésével a teoretikusok azt is javasolják, hogy rejtélyes sugárzás létezzen bennünk világegyetem. Ezt hívják sötét energia. A természetét egyáltalán nem értik. Ha a sötét anyag megértésre kerül, akkor talán megértjük a sötét energia természetét is.

Szerkesztette és frissítette: Carolyn Collins Petersen.