Що таке темна речовина - картина світу
На сьогоднішній день загадка про те, звідки з'явилася темна речовина так і не розгадана. Є теорії, які припускають, що воно складається з міжзоряного газу низької температури. При цьому речовина не може давати будь-яку випромінювання. Однак існують теорії, спрямовані проти цієї ідеї. Вони говорять про те, що газ здатний розігріватися, що призводить до того, що вони стають звичайними «баріонів» речовинами. На користь цієї теорії свідчить те, що маса газу в холодному стані не може усунути дефіцит, який виникає при цьому.
В теоріях про темній речовині стільки питань, що варто розібратися в цьому трохи докладніше.
Чим є темна речовина?
Питання про те, що ж таке темна речовина, з'явився приблизно 80 років тому. Ще на початку 20 століття. У той час астроному зі Швейцарії Ф. Цвіккі прийшла в голову ідея про те, що маса всіх галактик в реальності більше, ніж маса всіх тих об'єктів, які можна побачити на власні газами в телескоп. Всі численні підказки натякали на те, що в космосі існує щось невідоме, що володіє значною масою. Цією незрозумілою субстанції було вирішено дати назву «темна речовина».
Це невидима речовина займає не менше чверті від всього Всесвіту. Особливість цієї речовини в тому, що його частки погано вступають у взаємодію між собою і зі звичайним іншим речовиною. Ця взаємодія настільки слабке, що вчені не можуть навіть зафіксувати це. За фактом є тільки ознаки впливу від частинок.
Вивчення цього питання ведеться найбільшими умами по всьому світу, тому навіть найбільші скептики в світі науки вважають, що вийде вловити частинки речовини. Сама бажана мета - зробити це в умовах лабораторії. У шахтах на великій глибині ведуться роботи, такі умови для експериментів необхідні, щоб виключити перешкоди, які надають частки променів з космосу.
Є ймовірність, що багато нової інформації вдасться отримати завдяки сучасним прискорювачів, зокрема, за допомогою Великого адронного коллайдера.
Частинки темного речовини мають одну дивну особливість - взаємне знищення. В результаті таких процесів з'являється гамма-випромінювання, античастинки і частки (такі як електрон і позитрон). Тому астрофізики роблять спроби знайти сліди гамма-випромінювання або античастинок. Для цього використовуються різні наземні і космічні установки.
Докази існування темної речовини
Найпершими сумнівами в правильності розрахунків маси Всесвіту, як уже говорилося, поділився астроном зі Швейцарії Ф. Цвіккі. Для початку він вирішив виміряти швидкість галактик з скупчення Волосся Вероніки рухалися навколо центру. І результат його робіт дещо спантеличив його, тому що швидкість руху цих галактик виявилася вищою, ніж він припускав. Крім того, він заздалегідь розрахував це значення. Але результати не співпали.
Висновок був очевидний: реальна маса скупчення була набагато більше, ніж видима. Це могло порозумітися тим, що велика частина речовини, яка є в цій частині Всесвіту, не може бути видима, а також за нею неможливо поспостерігати. Ця речовина проявляє свої властивість тільки у вигляді маси.
Ряд гравітаційних експериментів підтвердив присутність невидимої маси в галактичних скупченнях. У теорії відносності є деякий тлумачення цього явища. Якщо її дотримуватися, то кожна маса здатна до деформування простору, крім того, немов лінза вона викривляє прямий потік світлових променів. Галактичне скупчення викликає спотворення, його вплив настільки сильно, що стає помітним. Найсильніше спотворюється вид галактики, яка розташовується безпосередньо за скупченням. З цього спотворення і розраховується то, як розподілилося речовина в цьому скупченні. Так і вимірюють реальну масу. Вона незмінно виявляється більше в кілька разів, ніж маса видимої матерії.
Через чотири десятиліття після робіт першопрохідника в цій сфері Ф. Цвіккі цим питанням зайнялася астроном з Америки В. Рубін. Вона вивчала швидкість, з якою обертається навколо центру галактики речовина, яке розташовується по краях галактик. Якщо слідувати законам Кеплера, що стосуються законів тяжіння, то існує певна залежність між швидкістю обертання галактик і відстанню до центру.
Але в реальності вимірювання показували, що швидкість обертання не змінювалася зі збільшенням відстані до центру. Такі дані можна було пояснити тільки одним шляхом - речовина галактики має однакову щільність як в центрі, так і по краях. Але видиме речовина мало набагато більшу щільність в центрі і характеризувалося розрідженістю по краях, а недолік щільності міг бути пояснений тільки наявністю якоїсь речовини, яке не видно оку.
Щоб дати пояснення явищу, потрібно, щоб цього самого невидимого речовини в галактиках було майже в 10 разів більше, ніж того речовини, яке ми можемо побачити. Ось це невідоме речовина і отримало назву «темна речовина», або «темна матерія». На сьогоднішній день для астрофізиків це явище так і залишається найцікавішою загадкою.
Є ще один аргумент на користь доказів існування темної речовини. Він випливає з розрахунків, які описують процес того, як формувалися галактики. Вважається, що почалося це приблизно через 300.000 років після того, як стався Великий вибух. Результати розрахунків кажуть, що тяжіння між осколками матерії, яка з'явилася під час вибуху, не могло б компенсувати кінетичну енергію від розльоту. Тобто речовина не могло сконцентруватися в галактиках, проте ми можемо бачити це сьогодні.
Цей незрозумілий факт називають парадоксом галактики, його приводили як аргумент, що руйнує теорію Великого вибуху. Але можна подивитися на це з іншого боку. Адже частинки самого звичайного речовини могли бути змішані з частинками темної речовини. Тоді розрахунки стають вірними, а то, як сформувалися галактики, в яких накопичилося багато темного речовини, а до них вже приєдналися частки звичайної речовини за рахунок гравітації. Адже звичайна речовина становить малу частку від усієї маси Всесвіту.
Видиме речовина має щільність відносно низьку в порівнянні з темною речовиною, тому що воно щільніше в 20 разів. Тому ті 95% маси Всесвіту, яких бракує за розрахунками вчених - це і є темна речовина.
Однак це призводило до висновку, що весь видимий світ, який був вивчений вздовж і поперек, такий звичний і зрозумілий, лише невеликий додаток до того, з чого реально складається Всесвіт.
Всі галактики, планети і зірки - це просто маленький шматочок того, про що ми не маємо поняття. Це те, що виставлено напоказ, а реальне від нас приховано.