สิ่งที่มองไม่เห็นในปัจจุบัน

สิ่งที่วิทยาศาสตร์รู้และเห็นเป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของสิ่งที่อาจมีอยู่จริง แน่นอนว่าวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีไม่ควรใช้ "วิสัยทัศน์" อย่างแท้จริง แม้ว่าดวงตาของเรามองไม่เห็น แต่วิทยาศาสตร์สามารถ "มองเห็น" สิ่งต่างๆ ได้เป็นเวลานาน เช่น อากาศและออกซิเจนที่อยู่ภายใน คลื่นวิทยุ แสงอัลตราไวโอเลต รังสีอินฟราเรด และอะตอม

เรายังเห็นในความหมาย ปฏิสสารเมื่อมันโต้ตอบอย่างรุนแรงกับเรื่องธรรมดา และโดยทั่วไปแล้วเป็นปัญหาที่ยากกว่า เพราะแม้ว่าเราจะเห็นสิ่งนี้ในผลกระทบของปฏิสัมพันธ์ ในความหมายแบบองค์รวมที่มากขึ้น เช่น การสั่นสะเทือน มันก็เข้าใจยากสำหรับเราจนถึงปี 2015

อย่างไรก็ตาม ในแง่หนึ่ง เรายังคง "ไม่เห็น" แรงโน้มถ่วง เนื่องจากเรายังไม่ได้ค้นพบตัวพาเดียวของปฏิสัมพันธ์นี้ (เช่น อนุภาคสมมุติฐานที่เรียกว่า กราวิตัน). เป็นมูลค่าการกล่าวขวัญที่นี่ว่ามีการเปรียบเทียบระหว่างประวัติศาสตร์ของแรงโน้มถ่วงและ

เราเห็นการกระทำของคนหลัง แต่เราไม่ได้สังเกตโดยตรง เราไม่รู้ว่ามันประกอบด้วยอะไร อย่างไรก็ตาม มีความแตกต่างพื้นฐานระหว่างปรากฏการณ์ที่ "มองไม่เห็น" เหล่านี้ ไม่มีใครเคยสงสัยเรื่องแรงโน้มถ่วง แต่ด้วยสสารมืด (1) มันแตกต่างออกไป

วิธี g พลังงานมืดซึ่งกล่าวกันว่ามีมากกว่าสสารมืด การดำรงอยู่ของมันถูกอนุมานว่าเป็นสมมติฐานตามพฤติกรรมของจักรวาลโดยรวม "การมองเห็น" เป็นไปได้ยากยิ่งกว่าสสารมืด หากเพียงเพราะประสบการณ์ทั่วไปของเราสอนเราว่าโดยธรรมชาติแล้ว พลังงานยังคงมีบางสิ่งที่สัมผัสได้ (และเครื่องมือในการสังเกต) น้อยกว่าสสาร

ตามสมมติฐานสมัยใหม่ ทั้งสองอย่างมืดควรจะเป็น 96% ของเนื้อหา

ดังนั้น ในความเป็นจริง แม้แต่เอกภพเองก็ยังมองไม่เห็นเป็นส่วนใหญ่ ไม่ต้องพูดถึงว่าเมื่อมันมาถึงขีดจำกัด เราจะรู้เฉพาะสิ่งที่ถูกกำหนดโดยการสังเกตของมนุษย์ และไม่ใช่สิ่งที่จะเป็นสุดขั้วที่แท้จริงของมัน - ถ้าพวกมันมีอยู่จริง เลย

บางสิ่งกำลังดึงเราไปสู่กาแล็กซีทั้งหมด

การล่องหนของบางสิ่งในอวกาศอาจทำให้บาดใจได้ เช่น การที่กาแลคซีใกล้เคียง 100 แห่งกำลังเคลื่อนที่ไปยังจุดลึกลับในจักรวาลที่เรียกว่า ตัวดึงดูดที่ดี. บริเวณนี้อยู่ห่างออกไปประมาณ 220 ล้านปีแสง และนักวิทยาศาสตร์เรียกบริเวณนี้ว่าความโน้มถ่วงผิดปกติ เป็นที่เชื่อกันว่า Great Attractor มีดวงอาทิตย์จำนวนมากถึงสี่พันล้านดวง

เริ่มจากความจริงที่ว่ามันกำลังขยายตัว สิ่งนี้เกิดขึ้นตั้งแต่บิ๊กแบง และความเร็วปัจจุบันของกระบวนการนี้อยู่ที่ประมาณ 2,2 ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง ซึ่งหมายความว่าดาราจักรของเราและดาราจักรแอนโดรเมดาที่อยู่ใกล้เคียงจะต้องเคลื่อนที่ด้วยความเร็วนั้นด้วยใช่ไหม ไม่เชิง.

ในยุค 70 เราได้สร้างแผนที่โดยละเอียดของอวกาศ พื้นหลังไมโครเวฟ (CMB) จักรวาลและเราสังเกตเห็นว่าด้านหนึ่งของทางช้างเผือกอุ่นกว่าอีกด้านหนึ่ง ความแตกต่างน้อยกว่าหนึ่งร้อยองศาเซลเซียส แต่ก็เพียงพอสำหรับเราที่จะเข้าใจว่าเรากำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 600 กม. ต่อวินาทีไปยังกลุ่มดาว Centaurus

ไม่กี่ปีต่อมา เราค้นพบว่าไม่เพียงแต่เราเท่านั้น แต่ทุกคนที่อยู่ในรัศมี XNUMX ล้านปีแสงของเรา กำลังเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกัน มีเพียงสิ่งเดียวที่สามารถต้านทานการขยายตัวในระยะทางที่กว้างใหญ่ได้ นั่นคือแรงโน้มถ่วง

ยกตัวอย่างเช่น แอนโดรเมดาต้องย้ายออกจากเรา แต่ในอีก 4 พันล้านปีเราจะต้อง ... ชนกับมัน มวลที่เพียงพอสามารถต้านทานการขยายตัวได้ ในตอนแรก นักวิทยาศาสตร์คิดว่าความเร็วนี้เกิดจากตำแหน่งของเราในเขตชานเมืองที่เรียกว่า Local Supercluster

เหตุใดจึงยากสำหรับเราที่จะเห็น Great Attractor ลึกลับนี้ น่าเสียดายที่นี่คือกาแล็กซีของเราเองซึ่งปิดกั้นมุมมองของเรา ทางช้างเผือกเราไม่สามารถมองเห็นได้ประมาณ 20% ของจักรวาล มันเกิดขึ้นตรงที่เขาไปตรงที่ Great Attractor อยู่ ในทางทฤษฎี มีความเป็นไปได้ที่จะเจาะม่านนี้ด้วยการสังเกตด้วยเอ็กซ์เรย์และอินฟราเรด แต่ไม่ได้ให้ภาพที่ชัดเจน

แม้จะมีปัญหาเหล่านี้ แต่ก็พบว่าในภูมิภาคหนึ่งของ Great Attractor ที่ระยะทาง 150 ล้านปีแสงมีกาแลคซี คลัสเตอร์นอร์มา. ด้านหลังเป็นกระจุกดาวขนาดใหญ่ที่มีมวลมากกว่าเดิม ซึ่งอยู่ห่างออกไป 650 ล้านปีแสง ซึ่งมีมวล 10 กาแล็กซี่ซึ่งเป็นหนึ่งในวัตถุที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาลที่เรารู้จัก

ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงแนะนำว่า Great Attractor ศูนย์แรงโน้มถ่วง กระจุกกาแลคซีจำนวนมากรวมถึงกาแลคซีของเรา - รวมประมาณ 100 วัตถุเช่นทางช้างเผือก นอกจากนี้ยังมีทฤษฎีที่ว่ามันเป็นแหล่งรวมของพลังงานมืดจำนวนมากหรือบริเวณที่มีความหนาแน่นสูงซึ่งมีแรงดึงดูดมหาศาล

นักวิจัยบางคนเชื่อว่านี่เป็นเพียงการคาดการณ์ล่วงหน้าของ ... จุดจบของจักรวาล ภาวะเศรษฐกิจตกต่ำครั้งใหญ่จะหมายถึงจักรวาลจะหนาขึ้นในอีกไม่กี่ล้านล้านปี เมื่อการขยายตัวช้าลงและเริ่มย้อนกลับ เมื่อเวลาผ่านไป สิ่งนี้จะนำไปสู่มวลมหาศาลที่จะกินทุกอย่าง รวมทั้งตัวมันเองด้วย

อย่างไรก็ตาม ตามที่นักวิทยาศาสตร์ทราบ การขยายตัวของจักรวาลในที่สุดจะเอาชนะพลังของมหาดึงดูด ความเร็วของเราที่มีต่อมันเป็นเพียงหนึ่งในห้าของความเร็วที่ทุกอย่างกำลังขยายตัว โครงสร้างท้องถิ่นอันกว้างใหญ่ของลานิอาเคีย (2) ซึ่งเราเป็นส่วนหนึ่งจะต้องสลายไปในวันหนึ่ง เช่นเดียวกับองค์ประกอบอื่นๆ ของจักรวาล

พลังที่ห้าของธรรมชาติ

สิ่งที่เรามองไม่เห็นแต่ถูกตั้งข้อสงสัยอย่างร้ายแรงว่าเกิดขึ้นภายหลัง คือสิ่งที่เรียกว่าผลกระทบที่ห้า

การค้นพบสิ่งที่ถูกรายงานในสื่อนั้นเกี่ยวข้องกับการคาดเดาเกี่ยวกับอนุภาคใหม่ที่สมมติขึ้นซึ่งมีชื่อที่น่าสนใจ X17สามารถช่วยอธิบายความลึกลับของสสารมืดและพลังงานมืดได้

รู้จักปฏิสัมพันธ์สี่ประการ: แรงโน้มถ่วง, แม่เหล็กไฟฟ้า, ปฏิสัมพันธ์ของอะตอมที่แข็งแกร่งและอ่อนแอ ผลกระทบของแรงทั้งสี่ที่ทราบเกี่ยวกับสสาร ตั้งแต่ขอบเขตจุลภาคของอะตอมไปจนถึงขนาดมหึมาของดาราจักร ได้รับการบันทึกไว้เป็นอย่างดีและในกรณีส่วนใหญ่สามารถเข้าใจได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อคุณพิจารณาว่าประมาณ 96% ของมวลในจักรวาลของเราประกอบด้วยสิ่งที่คลุมเครือและอธิบายไม่ได้ซึ่งเรียกว่าสสารมืดและพลังงานมืด จึงไม่น่าแปลกใจที่นักวิทยาศาสตร์จะสงสัยมานานแล้วว่าปฏิสัมพันธ์ทั้งสี่นี้ไม่ได้เป็นตัวแทนของทุกสิ่งในจักรวาล . ดำเนินต่อไป

ความพยายามที่จะอธิบายพลังใหม่ซึ่งผู้เขียนคือทีมที่นำโดย Attila Krasnagorskaya (3) ฟิสิกส์ที่สถาบันวิจัยนิวเคลียร์ (ATOMKI) ของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งฮังการีที่เราได้ยินเกี่ยวกับฤดูใบไม้ร่วงที่แล้วไม่ใช่สิ่งบ่งชี้ครั้งแรกว่ามีกองกำลังลึกลับอยู่

นักวิทยาศาสตร์คนเดียวกันนี้เขียนเกี่ยวกับ “แรงที่ห้า” ครั้งแรกในปี 2016 หลังจากทำการทดลองเพื่อเปลี่ยนโปรตอนให้เป็นไอโซโทป ซึ่งเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่หลากหลาย นักวิจัยมองว่าโปรตอนเปลี่ยนไอโซโทปที่เรียกว่าลิเธียม-7 ให้กลายเป็นอะตอมที่ไม่เสถียรที่เรียกว่าเบริลเลียม-8

3. ศ. อัตติลา คราสนาฮอเคย์ (ขวา)

เมื่อเบริลเลียม -8 สลายตัว จะเกิดคู่ของอิเล็กตรอนและโพซิตรอนซึ่งผลักกันทำให้อนุภาคลอยออกมาในมุมหนึ่ง ทีมงานคาดว่าจะเห็นความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานแสงที่ปล่อยออกมาระหว่างกระบวนการสลายตัวกับมุมที่อนุภาคแยกตัวออกจากกัน ในทางกลับกัน อิเล็กตรอนและโพซิตรอนเบี่ยงเบน 140 องศาบ่อยกว่าแบบจำลองที่คาดการณ์ไว้เกือบเจ็ดเท่า ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิด

"ความรู้ทั้งหมดของเราเกี่ยวกับโลกที่มองเห็นสามารถอธิบายได้โดยใช้แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค" Krasnagorkay เขียน “อย่างไรก็ตาม มันไม่ได้จัดให้มีอนุภาคใดๆ ที่หนักกว่าอิเล็กตรอนและเบากว่ามิวออน ซึ่งหนักกว่าอิเล็กตรอน 207 เท่า หากเราพบอนุภาคใหม่ในหน้าต่างมวลด้านบน แสดงว่ามีการโต้ตอบใหม่บางอย่างที่ไม่รวมอยู่ในแบบจำลองมาตรฐาน”

วัตถุลึกลับนี้มีชื่อว่า X17 เนื่องจากมีมวลประมาณ 17 เมกะอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV) ซึ่งประมาณ 34 เท่าของอิเล็กตรอน นักวิจัยเฝ้าดูการสลายตัวของไอโซโทปไปเป็นฮีเลียม -4 และสังเกตเห็นการปลดปล่อยในแนวทแยงที่แปลกประหลาดอีกครั้ง ซึ่งบ่งชี้ว่าอนุภาคมีมวลประมาณ 17 MeV

"โฟตอนเป็นตัวกลางของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า กลูออนเป็นตัวกลางของแรง และโบซอน W และ Z จะเป็นสื่อกลางในแรงอ่อน" Krasnahorkai อธิบาย

“อนุภาค X17 ของเราต้องไกล่เกลี่ยปฏิสัมพันธ์ใหม่ ประการที่ห้า ผลลัพธ์ใหม่ช่วยลดโอกาสที่การทดสอบครั้งแรกจะเป็นเพียงเรื่องบังเอิญ หรือผลลัพธ์ทำให้เกิดข้อผิดพลาดของระบบ"

สสารมืดใต้ฝ่าเท้า

จากจักรวาลอันยิ่งใหญ่ จากดินแดนปริศนาและความลึกลับของฟิสิกส์ที่ยิ่งใหญ่ ให้เรากลับมายังโลก เรากำลังเผชิญกับปัญหาที่ค่อนข้างน่าแปลกใจที่นี่... กับการเห็นและพรรณนาทุกสิ่งที่อยู่ภายในอย่างแม่นยำ (4)

ไม่กี่ปีที่ผ่านมาเราเขียนใน MT เกี่ยวกับ ความลึกลับของแกนโลกว่าสิ่งที่ผิดธรรมดานั้นเชื่อมโยงกับการสร้างและไม่ทราบแน่ชัดว่าลักษณะและโครงสร้างของมันคืออะไร เรามีวิธีการต่างๆเช่นการทดสอบกับ คลื่นไหวสะเทือนยังสามารถพัฒนาแบบจำลองโครงสร้างภายในของโลกซึ่งมีข้อตกลงทางวิทยาศาสตร์

แต่ เมื่อเทียบกับดวงดาวและกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกล ตัวอย่างเช่น ความเข้าใจในสิ่งที่อยู่ใต้เท้าของเรานั้นอ่อนแอ วัตถุในอวกาศ แม้แต่วัตถุที่อยู่ห่างไกล เราก็มองเห็นได้ ไม่สามารถพูดได้เหมือนกันเกี่ยวกับแกนกลาง ชั้นของเสื้อคลุม หรือแม้แต่ชั้นที่ลึกกว่าของเปลือกโลก.

มีเพียงการวิจัยที่ตรงที่สุดเท่านั้น หุบเขาบนภูเขาเผยให้เห็นหินที่มีความลึกหลายกิโลเมตร หลุมสำรวจที่ลึกที่สุดมีความลึกเพียง 12 กม.

ข้อมูลเกี่ยวกับหินและแร่ธาตุที่สร้างหินที่ลึกกว่านั้นมาจากซีโนลิธ เช่น เศษหินที่ถูกฉีกออกและถูกพัดพาไปจากส่วนลึกของโลกอันเป็นผลมาจากกระบวนการของภูเขาไฟ นักมาตรวิทยาสามารถกำหนดองค์ประกอบของแร่ธาตุได้ในระดับความลึกหลายร้อยกิโลเมตร

รัศมีของโลกอยู่ที่ 6371 กม. ซึ่งไม่ใช่เส้นทางที่ง่ายสำหรับ "ผู้บุกรุก" ทั้งหมดของเรา เนื่องจากความดันและอุณหภูมิมหาศาลถึงประมาณ 5 องศาเซลเซียส จึงเป็นเรื่องยากที่จะคาดว่าภายในที่ลึกที่สุดจะสามารถเข้าถึงได้สำหรับการสังเกตโดยตรงในอนาคตอันใกล้

แล้วเราจะรู้ได้อย่างไรว่าเรารู้อะไรเกี่ยวกับโครงสร้างภายในของโลก? ข้อมูลดังกล่าวจัดทำโดยคลื่นไหวสะเทือนที่เกิดจากแผ่นดินไหวเช่น คลื่นยืดหยุ่นแพร่กระจายในตัวกลางยืดหยุ่น

พวกเขาได้ชื่อมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าพวกเขาเกิดจากการตี คลื่นยืดหยุ่น (แผ่นดินไหว) สองประเภทสามารถแพร่กระจายในตัวกลางยืดหยุ่น (ภูเขา): เร็วกว่า - ตามยาวและช้ากว่า - ตามขวาง แบบแรกเป็นการสั่นของตัวกลางที่เกิดขึ้นตามทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น ในขณะที่การสั่นแบบขวางของตัวกลางจะเกิดขึ้นในแนวตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น

คลื่นตามยาวจะถูกบันทึกก่อน (lat. primae) และคลื่นตามขวางจะถูกบันทึกเป็นวินาที (lat. secundae) ดังนั้นการทำเครื่องหมายแบบดั้งเดิมในคลื่นไหวสะเทือน - คลื่นตามยาว p และตามขวาง s P-wave นั้นเร็วกว่า s ประมาณ 1,73 เท่า

ข้อมูลที่ได้จากคลื่นไหวสะเทือนทำให้สามารถสร้างแบบจำลองภายในของโลกตามคุณสมบัติยืดหยุ่นได้ เราสามารถกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพอื่น ๆ ตาม สนามโน้มถ่วง (ความหนาแน่น ความดัน) การสังเกต กระแสแม่เหล็ก เกิดขึ้นในเสื้อคลุมของโลก (การกระจายของการนำไฟฟ้า) หรือ การสลายตัวของกระแสความร้อนของโลก.

องค์ประกอบทางปิโตรเลียมสามารถกำหนดได้จากการเปรียบเทียบกับการศึกษาในห้องปฏิบัติการเกี่ยวกับคุณสมบัติของแร่ธาตุและหินภายใต้สภาวะที่มีความดันและอุณหภูมิสูง

โลกแผ่ความร้อนออกมา และไม่รู้ว่ามันมาจากไหน เมื่อเร็ว ๆ นี้ ทฤษฎีใหม่ได้เกิดขึ้นเกี่ยวกับอนุภาคมูลฐานที่เข้าใจยากที่สุด เชื่อกันว่าเงื่อนงำที่สำคัญเกี่ยวกับความลึกลับของความร้อนที่แผ่ออกมาจากภายในโลกของเรานั้นอาจมาจากธรรมชาติ นิวตริโน - อนุภาคที่มีมวลน้อยมาก - ปล่อยออกมาจากกระบวนการกัมมันตภาพรังสีที่เกิดขึ้นในลำไส้ของโลก

แหล่งที่มาหลักของกัมมันตภาพรังสี ได้แก่ ทอเรียมและโพแทสเซียมที่ไม่เสถียร ดังที่เราทราบจากตัวอย่างหินที่อยู่ลึกลงไป 200 กม. ใต้พื้นผิวโลก สิ่งที่อยู่ลึกยังไม่ทราบ

เรารู้ จีโอนิวตริโน พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการสลายตัวของยูเรเนียมจะมีพลังงานมากกว่าพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการสลายตัวของโพแทสเซียม ดังนั้น โดยการวัดพลังงานของจีโอนิวทริโน เราสามารถค้นหาว่าวัสดุกัมมันตภาพรังสีมาจากอะไร

น่าเสียดายที่ geoneutrinos ตรวจพบได้ยากมาก ดังนั้นการสังเกตการณ์ครั้งแรกในปี 2003 จึงจำเป็นต้องมีเครื่องตรวจจับใต้ดินขนาดใหญ่ซึ่งบรรจุสารประมาณ ตันของเหลว เครื่องตรวจจับเหล่านี้วัดนิวตริโนโดยการตรวจจับการชนกับอะตอมในของเหลว

ตั้งแต่นั้นมา geoneutrinos ได้รับการสังเกตเพียงครั้งเดียวในการทดลองโดยใช้เทคโนโลยีนี้ (5) การวัดทั้งสองแสดงว่า ความร้อนประมาณครึ่งหนึ่งของโลกจากกัมมันตภาพรังสี (20 เทราวัตต์) สามารถอธิบายได้โดยการสลายตัวของยูเรเนียมและทอเรียม ที่มาที่ไป 50% ที่เหลือ...ยังไม่รู้อะไร.

5. แผนที่แบบจำลองของความเข้มของการปล่อย geoneutrino บนโลก - การพยากรณ์

ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2017 การก่อสร้างเริ่มขึ้นในอาคารหรือที่เรียกว่า DUNESกำหนดแล้วเสร็จประมาณปี 2024 สถานที่นี้จะตั้งอยู่ใต้ดินเกือบ 1,5 กม. ในอดีต Homestack, South Dakota

นักวิทยาศาสตร์วางแผนที่จะใช้ DUNE เพื่อตอบคำถามที่สำคัญที่สุดในฟิสิกส์สมัยใหม่โดยศึกษานิวตริโนอย่างรอบคอบ ซึ่งเป็นหนึ่งในอนุภาคพื้นฐานที่เข้าใจน้อยที่สุด

ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2017 ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติได้ตีพิมพ์บทความในวารสาร Physical Review D ซึ่งเสนอการใช้ DUNE เป็นเครื่องสแกนเชิงนวัตกรรมเพื่อศึกษาการตกแต่งภายในของโลก สำหรับคลื่นไหวสะเทือนและหลุมเจาะ จะมีการเพิ่มวิธีการใหม่ในการศึกษาการตกแต่งภายในของดาวเคราะห์ ซึ่งอาจแสดงให้เราเห็นภาพใหม่ทั้งหมด อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงแนวคิดสำหรับตอนนี้

จากสสารมืดในจักรวาล เราไปถึงส่วนลึกของโลก สำหรับเราความมืดไม่น้อยไปกว่านี้ และความไม่สามารถผ่านเข้าไปได้ของสิ่งเหล่านี้ก็น่าอึดอัดใจ แต่ไม่มากเท่ากับความวิตกกังวลที่เราไม่เห็นวัตถุทั้งหมดที่ค่อนข้างใกล้กับโลกโดยเฉพาะผู้ที่อยู่ในเส้นทางที่ชนกับมัน

อย่างไรก็ตาม นี่เป็นหัวข้อที่แตกต่างออกไปเล็กน้อย ซึ่งเราได้กล่าวถึงรายละเอียดใน MT เมื่อเร็วๆ นี้ ความปรารถนาของเราที่จะพัฒนาวิธีการสังเกตนั้นถูกต้องครบถ้วนในทุกบริบท