Но какво, ако тъмната материя не е частици?

Всичко, което някога сме наблюдавали във Вселената, отматерията преди излъчването може да се разложи на най-малките компоненти. Всичко в този свят се състои от атоми, които се състоят от нуклони и електрони, а нуклоните са разделени на кварки и глуони. Светлината също се състои от частици: фотони. Дори гравитационните вълни на теория са съставени от гравитони: частици, които веднъж, с късмет, ще намерим и поправим. Но какво става с тъмната материя? Непряко доказателство за съществуването му не може да бъде отречено. Но трябва ли да се състои и от частици?

Свикнали сме да вярваме, че тъмната материя е съставена от частици и безнадеждно се опитваме да ги открием. Но какво ще стане, ако търсим грешни неща?

Ако тъмната енергия може да се тълкува катоенергията, присъща на космическата тъкан, може ли да е, че „тъмната материя“ е и вътрешна функция на самото пространство - тясно или отдалечено свързана с тъмната енергия? И какво вместо тъмната материя, гравитационните ефекти, които биха могли да обяснят нашите наблюдения, ще се дължат повече на "тъмната маса"?

Е, специално за вас физик Итън Сийгъл постави нашите теоретични подходи и възможни сценарии на рафтовете.

Една от най-интересните характеристики на Вселенатасе крие в отношенията един към един между това, което е във Вселената и как скоростта на разширяване се променя с течение на времето. Благодарение на много внимателни измервания на много различни източници - звезди, галактики, свръхнови, космическият микровълнов фон и мащабни структури на Вселената - успяхме да измерим и двете, определяйки от какво се състои Вселената. По принцип има много различни идеи за това от какво може да се състои нашата Вселена и всички те имат различни ефекти върху космическото разширяване.

Благодарение на данните, сега знаем, че Вселената е изградена от следното:

• 68% от тъмната енергия, която остава с постоянна енергийна плътност дори при разширяване на пространството;
• 27% от тъмната материя, която проявява гравитационна сила, се отмива с увеличаване на обема и не позволява да се измерва с помощта на друга известна сила;
• 4.9% от обикновената материя, която упражнява цялата си сила, се измива с увеличаващ се обем, отделя се на бучки и се състои от частици;
• 0,1% неутрино, които проявяват гравитационни иелектрослаби взаимодействия, са съставени от частици и се събират само когато забавят достатъчно, за да се държат като материя, а не радиация;
• 0,01% от фотоните, които проявяват гравитационни и електромагнитни ефекти, се държат като радиация и са замъглени както с увеличаване на обема, така и с дължина на дължината на вълната.

С течение на времето тези различни компоненти стават сравнително повече или по-малко важни и този процент представлява това, от което се състои Вселената днес.

Тъмната енергия, както следва от нашите най-добриизмервания, има едни и същи свойства във всяка точка на космоса, във всички посоки на космоса и във всички епизоди на нашата космическа история. С други думи, тъмната енергия е еднородна и изотропна: тя е навсякъде и винаги една и съща. Доколкото можем да съдим, тъмната енергия не се нуждае от частици; лесно може да бъде свойство, присъщо на тъканта на пространството.

Но тъмната материя е коренно различна.

За да образуваме структурата, която виждамевъв Вселената, особено в голям космически мащаб, тъмната материя трябва не само да съществува, но и да се събере. Тя не може да има еднаква плътност навсякъде в пространството; по-скоро той трябва да бъде концентриран в региони с висока плътност и трябва да има по-ниска или изобщо никаква, в региони с ниска плътност. Всъщност можем да кажем каква част от цялата материя е в различни пространства, ръководена от наблюдения. Ето трите най-важни:

Силовият спектър на материята. Картата има значение във Вселената,погледнете каква скала съответства на галактиките - тоест с каква вероятност ще намерите друга галактика на определено разстояние от галактиката, с която стартирате - и проучете резултата. Ако Вселената се състоеше от хомогенна субстанция, структурата щеше да бъде намазана. Ако във Вселената имаше тъмна материя, която не се събра достатъчно рано, структурата щеше да бъде унищожена в малък мащаб. Енергийният енергиен спектър ни казва, че приблизително 85% от материята във Вселената е представена от тъмна материя, която сериозно се различава от протоните, неутроните и електроните и тази тъмна материя се е родила студена, или нейната кинетична енергия е сравнима с останалата маса.

Гравитационен обектив. Обърнете внимание на масивния предмет. Да предположим квазар, галактика или клъстер от галактики. Вижте как фоновата светлина се изкривява от присъствието на обект. Тъй като ние разбираме законите на гравитацията, които се управляват от общата теория на относителността на Айнщайн, как светлините се огъват ни позволяват да определим колко маса присъства във всеки обект. Чрез други методи можем да определим количеството маса, което присъства в обикновената материя: звезди, газ, прах, черни дупки, плазма и т.н. И отново установяваме, че 85% от материята е представена от тъмна материя. Освен това, тя се разпределя по-дифузно, мътна от обикновената материя. Това се потвърждава от слабо и силно обективиране.

Космически микровълнов фон. Ако погледнете останалото сияниерадиация на Големия взрив, ще откриете, че той е приблизително равномерен: 2,725 К във всички посоки. Но ако погледнете по-отблизо, ще откриете, че се наблюдават малки дефекти в мащаб от десетки до стотици микрокелвини. Те ни казват няколко важни неща, включително плътността на енергията на обикновената материя, тъмната материя и тъмната енергия, но най-важното, те ни казват колко хомогенна е била Вселената, когато е била само 0,003% от сегашната си възраст. Отговорът е, че най-плътният регион е бил само с 0,01% по-гъст от най-малко плътния регион. С други думи, тъмната материя започва с хомогенно състояние и с течение на времето придобива бучка.

Комбинирайки всичко това, заключаваме товатъмната материя трябва да се държи като течност, изпълваща Вселената. Тази течност има незначително налягане и вискозитет, реагира на радиационно налягане, не се сблъсква с фотони или обикновена материя, родена е студена и нерелативистка и се събира заедно под въздействието на собствената си гравитация във времето. Той определя формирането на структури във Вселената в най-големите мащаби. Той е силно хетерогенен и величината на неговата хетерогенност нараства с времето.

Ето какво можем да кажем за нея като цяломащаб, защото са свързани с наблюдения. На малки мащаби можем само да предположим, като не сме напълно сигурни, че тъмната материя се състои от частици със свойства, които я карат да се държи по този начин в голям мащаб. Причината да предполагаме това е, защото Вселената, доколкото знаем, се състои от частици в сърцевината си и това е всичко. Ако сте вещество, ако имате маса, квантов аналог, тогава неизбежно трябва да се състои от частици на определено ниво. Но докато не намерим тази частица, нямаме право да изключваме други възможности: например, че това е вид течно поле, което не се състои от частици, а влияе на пространството-времето, както би трябвало частиците.

Ето защо е толкова важно да опитате.директно откриване на тъмна материя. Невъзможно е да се потвърди или опроверга основният компонент на тъмната материя на теория, само на практика, подкрепен от наблюдения. Очевидно тъмната материя по никакъв начин не е свързана с тъмната енергия.

Състои ли се от частици? Докато не ги намерим, можем само да гадаем. Вселената се проявява като квантова в природата, когато става дума за всяка друга форма на материята, така че е разумно да се предполага, че тъмната материя ще бъде същата.