สสารมืด. หกปัญหาจักรวาลวิทยา

การเคลื่อนที่ของวัตถุในระดับจักรวาลเป็นไปตามทฤษฎีเก่าของนิวตัน อย่างไรก็ตาม การค้นพบดาราจักรฟริตซ์ ซวิคกีในช่วงทศวรรษ 30 และการสังเกตการณ์ดาราจักรที่อยู่ห่างไกลจำนวนมากที่หมุนรอบเร็วกว่ามวลที่ปรากฏของพวกมันจะแสดงให้เห็น กระตุ้นให้นักดาราศาสตร์และนักฟิสิกส์คำนวณมวลของสสารมืด ซึ่งไม่สามารถระบุได้โดยตรงในช่วงการสังเกตใดๆ ที่มีอยู่ . ให้กับเครื่องมือของเรา ปริมาณที่สูงมาก - ตอนนี้คาดว่าเกือบ 27% ของมวลของจักรวาลเป็นสสารมืด นี่เป็นมากกว่าเรื่อง "ธรรมดา" ที่เราพบเห็นมากกว่าห้าเท่า

น่าเสียดายที่อนุภาคมูลฐานดูเหมือนจะไม่คาดการณ์ถึงการมีอยู่ของอนุภาคที่จะประกอบขึ้นเป็นมวลลึกลับนี้ จนถึงขณะนี้ เราไม่สามารถตรวจจับพวกมันหรือสร้างลำแสงพลังงานสูงในตัวคันเร่งที่ชนกันได้ ความหวังสุดท้ายของนักวิทยาศาสตร์คือการค้นพบนิวตริโน "ปลอดเชื้อ" ซึ่งสามารถประกอบเป็นสสารมืดได้ อย่างไรก็ตาม จนถึงตอนนี้ การพยายามตรวจจับพวกมันก็ไม่ประสบผลสำเร็จเช่นกัน

พลังงานมืด

เนื่องจากมีการค้นพบในปี 90 ว่าการขยายตัวของเอกภพนั้นไม่คงที่ แต่มีความเร่งขึ้น จึงจำเป็นต้องมีการคำนวณเพิ่มเติม ครั้งนี้ด้วยพลังงานในเอกภพ ปรากฎว่าเพื่ออธิบายความเร่งนี้ พลังงานเพิ่มเติม (เช่น มวล เนื่องจากตามทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษพวกมันเหมือนกัน) - นั่นคือ พลังงานมืด - ควรมีสัดส่วนประมาณ 68% ของจักรวาล

นั่นหมายความว่ามากกว่าสองในสามของจักรวาลประกอบด้วย…นรกรู้อะไร! เพราะในกรณีของสสารมืด เราไม่สามารถจับภาพหรือสำรวจธรรมชาติของมันได้ บางคนเชื่อว่านี่คือพลังงานของสุญญากาศ ซึ่งเป็นพลังงานเดียวกันกับที่อนุภาค "ไม่มีอะไรเลย" ปรากฏขึ้นอันเป็นผลมาจากผลกระทบของควอนตัม คนอื่นแนะนำว่ามันคือ "แก่นสาร" พลังที่ห้าของธรรมชาติ

นอกจากนี้ยังมีสมมติฐานว่าหลักการจักรวาลวิทยาไม่ได้ผลเลย เอกภพมีลักษณะไม่เท่ากัน มีความหนาแน่นต่างกันในพื้นที่ต่างๆ และความผันผวนเหล่านี้สร้างภาพลวงตาของการขยายตัวที่เร่งขึ้น ในเวอร์ชันนี้ ปัญหาของพลังงานมืดจะเป็นเพียงภาพลวงตา

ไอน์สไตน์แนะนำทฤษฎีของเขา - แล้วลบออก - แนวคิด ค่าคงที่จักรวาลที่เกี่ยวข้องกับพลังงานมืด แนวคิดนี้ดำเนินต่อไปโดยนักทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมที่พยายามแทนที่แนวคิดเรื่องค่าคงที่จักรวาล พลังงานสนามควอนตัมสูญญากาศ. อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีนี้ให้ 10¹²⁰ พลังงานมากกว่าที่จำเป็นเพื่อขยายจักรวาลในอัตราที่เรารู้...

เงินเฟ้อ

ทฤษฎี อัตราเงินเฟ้อในอวกาศ มันอธิบายได้มากอย่างน่าพอใจ แต่แนะนำปัญหาเล็ก ๆ (ไม่ใช่สำหรับทุกคน) - มันชี้ให้เห็นว่าในช่วงแรกของการมีอยู่ อัตราการขยายตัวของมันเร็วกว่าความเร็วแสง สิ่งนี้จะอธิบายโครงสร้างที่มองเห็นได้ในปัจจุบันของวัตถุอวกาศ อุณหภูมิ พลังงาน ฯลฯ อย่างไรก็ตาม ประเด็นคือ จนถึงขณะนี้ยังไม่มีการค้นพบร่องรอยของเหตุการณ์โบราณนี้

นักวิจัยจาก Imperial College London, London และ Universities of Helsinki และ Copenhagen ได้อธิบายไว้ในหนังสือ Physical Review Letters ในปี 2014 ในปี XNUMX ว่าแรงโน้มถ่วงทำให้จักรวาลมีเสถียรภาพในการสัมผัสกับอัตราเงินเฟ้อที่รุนแรงในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนาได้อย่างไร ทีมงานวิเคราะห์ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคฮิกส์กับแรงโน้มถ่วง. นักวิทยาศาสตร์ได้แสดงให้เห็นว่าแม้แต่ปฏิกิริยาเล็กๆ น้อยๆ ในลักษณะนี้ ก็สามารถทำให้จักรวาลมีเสถียรภาพและปกป้องจักรวาลให้พ้นจากหายนะได้

กราฟความเร็วการหมุนของดาราจักรชนิดก้นหอย M33

"แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคมูลฐาน ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ใช้เพื่ออธิบายธรรมชาติของอนุภาคมูลฐานและปฏิสัมพันธ์ของอนุภาค ยังไม่ได้ตอบคำถามว่าเหตุใดจักรวาลจึงไม่ยุบทันทีหลังบิ๊กแบง" ศาสตราจารย์กล่าว Artu Rajanti จากภาควิชาฟิสิกส์ของวิทยาลัยอิมพีเรียล “ในการศึกษาของเรา เรามุ่งเน้นไปที่พารามิเตอร์ที่ไม่รู้จักของแบบจำลองมาตรฐาน กล่าวคือ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคฮิกส์กับแรงโน้มถ่วง พารามิเตอร์นี้ไม่สามารถวัดได้ในการทดลองเครื่องเร่งอนุภาค แต่มีผลอย่างมากต่อความไม่เสถียรของอนุภาคฮิกส์ในช่วงอัตราเงินเฟ้อ ค่าพารามิเตอร์นี้แม้เพียงเล็กน้อยก็เพียงพอที่จะอธิบายอัตราการรอดชีวิตได้”

ใยของสสารมืดที่ส่องสว่างโดยควาซาร์

นักวิชาการบางคนเชื่อว่าเงินเฟ้อเมื่อเริ่มแล้วจะหยุดยาก พวกเขาสรุปว่าผลที่ตามมาคือการสร้างจักรวาลใหม่ซึ่งแยกออกจากร่างกายของเรา และกระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปจนถึงทุกวันนี้ ลิขสิทธิ์ยังคงวางไข่จักรวาลใหม่ด้วยความเร่งรีบ

นักทฤษฎีเงินเฟ้อบางคนได้กลับไปใช้ความเร็วคงที่ของหลักการแสงคงที่ แนะนำว่าความเร็วของแสงนั้น ใช่ ขีดจำกัดที่เข้มงวด แต่ไม่ใช่ค่าคงที่ ในช่วงต้นยุคนั้นสูงขึ้นทำให้มีเงินเฟ้อ ตอนนี้ก็ยังตกอยู่เรื่อยๆแต่ช้าจนเราไม่ทันสังเกต

การรวมการโต้ตอบ

สมดุลปัจจุบันของสสารสามัญ สสารมืด และพลังงานมืด

แบบจำลองมาตรฐาน ขณะรวมพลังแห่งธรรมชาติทั้งสามประเภทเข้าด้วยกัน ไม่ได้รวมการโต้ตอบที่อ่อนแอและแข็งแกร่งให้เป็นอันหนึ่งอันเดียวกันเพื่อสร้างความพึงพอใจให้กับนักวิทยาศาสตร์ทุกคน แรงโน้มถ่วงอยู่เคียงข้างและยังไม่รวมอยู่ในแบบจำลองทั่วไปกับโลกของอนุภาคมูลฐาน ความพยายามที่จะกระทบยอดแรงโน้มถ่วงด้วยกลศาสตร์ควอนตัมจะนำไปสู่การคำนวณที่ไร้ขอบเขตมากจนทำให้สมการสูญเสียค่าไป

ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัม ต้องการการแตกหักในการเชื่อมต่อระหว่างมวลโน้มถ่วงและมวลเฉื่อยซึ่งทราบจากหลักการของความเท่าเทียมกัน (ดูบทความ: "หลักการหกประการของจักรวาล") การละเมิดหลักการนี้บ่อนทำลายการสร้างฟิสิกส์สมัยใหม่ ดังนั้น ทฤษฎีดังกล่าว ซึ่งเปิดทางไปสู่ทฤษฎีแห่งความฝันเกี่ยวกับทุกสิ่ง สามารถทำลายฟิสิกส์ที่รู้จักจนถึงขณะนี้ได้

แม้ว่าแรงโน้มถ่วงจะอ่อนแอเกินกว่าจะสังเกตเห็นได้ในระดับเล็กๆ ของการโต้ตอบควอนตัม แต่ก็มีจุดที่แรงดึงดูดมากพอที่จะสร้างความแตกต่างในกลไกของปรากฏการณ์ควอนตัม นี้ หลุมดำ. อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นทั้งในและนอกเมืองนั้นยังได้รับการศึกษาและศึกษาเพียงเล็กน้อย

ตั้งจักรวาล

แบบจำลองมาตรฐานไม่สามารถทำนายขนาดของแรงและมวลที่เกิดขึ้นในโลกของอนุภาคได้ เราเรียนรู้เกี่ยวกับปริมาณเหล่านี้โดยการวัดและเพิ่มข้อมูลลงในทฤษฎี นักวิทยาศาสตร์ค้นพบอย่างต่อเนื่องว่าความแตกต่างเพียงเล็กน้อยในค่าที่วัดได้ก็เพียงพอแล้วที่จะทำให้จักรวาลดูแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง

ตัวอย่างเช่น มีมวลน้อยที่สุดที่จำเป็นเพื่อรักษาสสารให้คงที่ของทุกสิ่งที่เรารู้ ปริมาณของสสารมืดและพลังงานนั้นสมดุลกันอย่างระมัดระวังสำหรับการก่อตัวของดาราจักร

ปัญหาที่ทำให้งงที่สุดในการปรับค่าพารามิเตอร์ของจักรวาลคือ ข้อดีของสสารมากกว่าปฏิสสารซึ่งทำให้ทุกสิ่งดำรงอยู่ได้อย่างมั่นคง ตามแบบจำลองมาตรฐาน ควรมีการผลิตสสารและปฏิสสารในปริมาณเท่ากัน แน่นอน จากมุมมองของเรา เป็นเรื่องดีที่สสารมีความได้เปรียบ เนื่องจากปริมาณที่เท่ากันบ่งบอกถึงความไม่แน่นอนของจักรวาล ซึ่งสั่นสะเทือนด้วยการระเบิดอย่างรุนแรงของการทำลายล้างของสสารทั้งสองประเภท

การแสดงภาพลิขสิทธิ์ด้วยจักรวาลที่ขยายและหดตัว

ปัญหาการวัด

การตัดสิน การวัด วัตถุควอนตัม หมายถึงการล่มสลายของฟังก์ชันคลื่น กล่าวคือ "เปลี่ยน" สถานะจากสองตัว (แมวของชโรดิงเงอร์ในสถานะไม่แน่นอนของ "มีชีวิตอยู่หรือตาย") เป็นแมวตัวเดียว (เรารู้ว่าเกิดอะไรขึ้นกับแมว)

หนึ่งในสมมติฐานที่ชัดเจนยิ่งขึ้นที่เกี่ยวข้องกับปัญหาการวัดคือแนวคิดของ "โลกมากมาย" - ความเป็นไปได้ที่เราเลือกเมื่อทำการวัด โลกแตกแยกกันทุกขณะ ดังนั้นเราจึงมีโลกที่เรามองเข้าไปในกล่องที่มีแมวและโลกที่เราไม่ได้มองเข้าไปในกล่องที่มีแมว ... ในครั้งแรก - โลกที่แมวอาศัยอยู่หรือโลกเดียว ที่เขาไม่อยู่ เป็นต้น ง.

เขาเชื่อว่ามีบางอย่างผิดปกติอย่างสุดซึ้งกับกลศาสตร์ควอนตัม และความคิดเห็นของเขาไม่ได้ถูกนำมาพิจารณาอย่างง่ายๆ

สี่ปฏิสัมพันธ์หลัก