შესაძლებელია თუ არა ბნელ მატერიაზე დაფუძნებული სიცოცხლე?

2024 ავტორი: Seth Attwood | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-16 16:09

ჩვენს სამყაროში მასის უდიდესი ნაწილი უხილავია. და უკვე საკმაოდ დიდი ხანია, ფიზიკოსები ცდილობენ გაიგონ, რა არის ეს მიუწვდომელი მასა. თუ ის ნაწილაკებისგან შედგება, იმედია, რომ დიდ ადრონულ კოლაიდერს შეუძლია ბნელი მატერიის ნაწილაკის წარმოქმნა, ან კოსმოსური ტელესკოპი დაინახავს ბნელი მატერიის შეჯახების მჭევრმეტყველურ გამა სხივებს. ჯერჯერობით არაფერია. და ეს პრობლემა თეორიულ ფიზიკოსებს ახალ იდეებზე ფიქრს აიძულებს.

2017 წელს, ცნობილმა თეორიულმა ფიზიკოსმა ლიზა რენდალმა გამოიკვლია ბნელი მატერიის ერთ-ერთი ყველაზე წარმოუდგენელი შესაძლებლობა. ჰიპოთეტური, რა თქმა უნდა. იმის ნაცვლად, რომ ბნელი მატერია ნაწილაკების კონკრეტულ ტიპად განეხილა, მან ივარაუდა, რომ ბნელი მატერია შეიძლება შედგებოდეს ნაწილაკების მთელი ოჯახისაგან, რომლებიც ქმნიან ბნელ ვარსკვლავებს, ბნელ გალაქტიკებს, ბნელ პლანეტებს და შესაძლოა ბნელ სიცოცხლეს. ბნელი სამყაროს ქიმია შეიძლება იყოს ისეთივე მდიდარი და მრავალფეროვანი, როგორც ჩვენი „ჩვეულებრივი ქიმია“. მაგრამ ყველაფერი ასე მარტივი არ არის.

ბნელი მატერიის პრობლემა

ჩვენი სამყარო საოცარი, თუმცა გაუგებარი ადგილია.

ბოლო რამდენიმე ათწლეულის განმავლობაში ჩვენ მივხვდით, რომ სამყაროში არსებული მატერიის 84,5% არ ჩანს. მისი საკმაოდ უხერხული მეტსახელის „ბნელი მატერიის“გათვალისწინებით, ეს ნივთიერება იმყოფება ისეთ მდგომარეობაში, რომელშიც ის არ ურთიერთქმედებს „ნორმალურ“მატერიასთან. ბნელი ენერგიის მსგავსად, ეს საგნები "ბნელია", რადგან ჩვენ არ გვესმის მათი.

თუ ახლა ჩემს მაგიდაზე არის ბნელი მატერიის ნაჭერი, ამის შესახებ ვერასდროს გავიგებ. ზოგადად ბნელი მატერიის ნაჭერი, როგორც ასეთი, არ შეიძლება ჩემს მაგიდაზე იწვა. ის დაეცემა მაგიდაზე, იატაკი და დედამიწის ქერქი, ჩვენი პლანეტის ბირთვში არსებული გრავიტაციული ჭაბურღილისკენ მიედინება. ან გაუგებრად გაქრება კოსმოსში. ბნელი მატერია იმდენად სუსტად ურთიერთქმედებს ყველაფერთან, რომ ეს ნაჭერი უბრალოდ ჩავარდება ჩვეულებრივ მატერიაში, თითქოს ის არ არსებობს.

მცირე მასშტაბით, ბნელი მატერიის გრავიტაციული გამოვლინება უმნიშვნელოა, მაგრამ კოსმოლოგიურ დისტანციებზე ბნელი მატერიის არსებობა ნამდვილად იგრძნობა - ეს შეიძლება შეინიშნოს არაპირდაპირი გზით მისი გრავიტაციული ზემოქმედებით გალაქტიკათა მტევნებზე და მისი გავლენით გალაქტიკების ბრუნვაზე. ჩვენ ვიცით, რომ ის არსებობს, ჩვენ უბრალოდ ვერ ვხედავთ მას.

და ჩვენ არ ვიცით რა არის, მხოლოდ გამოცნობა შეგვიძლია

ჩვეულებრივი მატერია - იგივე ბარიონული მატერია - ურთიერთქმედებს ელექტრომაგნიტური, გრავიტაციული, ძლიერი და სუსტი ძალებით. ეს ძალები გადასცემს ენერგიას და აძლევს სტრუქტურას ყველა მატერიას. ბნელი მატერია, მეორეს მხრივ, ჩვეულებრივ განიხილება, როგორც "მატერიის" ამორფული ღრუბელი, რომელსაც არ შეუძლია ურთიერთქმედება ელექტრომაგნიტური ძალების მეშვეობით, სუსტი თუ ძლიერი. აქედან გამომდინარე, ვარაუდობენ, რომ ბნელი მატერია არის „არაბარიონული“. არაბარიონულ მატერიას შეუძლია გამოავლინოს თავისი არსებობა მხოლოდ გრავიტაციულად.

ბნელი მატერიის ძიებაში წამყვანი კანდიდატია WIMP, სუსტად ურთიერთქმედების მასიური ნაწილაკი. როგორც WIMP სახელი გვთავაზობს, ეს ჰიპოთეტური ნაწილაკი არ ურთიერთქმედებს ნორმალურ მატერიასთან - ასე რომ, ის არ არის ბარიონული.

დამკვიდრებული კოსმოლოგიური მოდელები პროგნოზირებენ, რომ ბნელი მატერია - იქნება ეს WIMP-ების თუ "აქსიონების" სახით, მაგალითად - ანიჭებს ჩვენს სამყაროს სტრუქტურით და ჩვეულებრივ უწოდებენ "წებოს", რომელიც იცავს ჩვენს სამყაროს მთლიანობაში.

გალაქტიკების ბრუნვაზე დაკვირვებისას, ასტრონომმა ვერა რუბინმა შენიშნა, რომ გალაქტიკებში არსებული მატერიის უმეტესი ნაწილი არ არის დაკვირვებადი. მხოლოდ მცირე პროცენტი ჩანს - ვარსკვლავები, გაზი და მტვერი; დანარჩენი იმალება ბნელი მატერიის უზარმაზარ, მაგრამ უხილავ ჰალოში.თითქოს ჩვეულებრივი მატერიის ჩვენი ხილული გალაქტიკა არის მხოლოდ კაპიუშონი ბნელი მატერიის უზარმაზარ ბორბალზე, რომელიც ვრცელდება იმაზე მეტად, ვიდრე ჩვენ ვხედავთ.

ახლახან გამოქვეყნებულ ნაშრომში (2013), რენდალმა და მისმა კოლეგებმა წარმოადგინეს ბნელი მატერიის უფრო რთული ფორმა. მათი აზრით, ჩვენი გალაქტიკის ბნელი მატერიის ჰალო არ შედგება არაბარიონული მატერიის მხოლოდ ერთი ტიპის ამორფული მასისგან.

„ძალიან უცნაურია ვივარაუდოთ, რომ მთელი ბნელი მატერია შედგება მხოლოდ ერთი ტიპის ნაწილაკებისგან“, წერს რენდალი. „მიკერძოებულმა მეცნიერმა არ უნდა დაუშვას ბნელი მატერია ისეთივე მრავალფეროვანი იყოს, როგორც ჩვენი ჩვეულებრივი მატერია“.

მდიდარი "ჩრდილოვანი სამყარო"?

ისევე როგორც ჩვენს ხილულ სამყაროს მართავს ფიზიკის სტანდარტული მოდელი - ნაწილაკების კარგად დადასტურებული ოჯახი (მათ შორის სამარცხვინო ჰიგსის ბოზონი) და ძალები, შეიძლება თუ არა ბნელი მატერიის ნაწილაკებისა და ძალების მდიდარი და მრავალფეროვანი მოდელი ფუნქციონირდეს ბნელ გალაქტიკურ ჰალოში?

ეს კვლევა მიჰყვება სამყაროს ბნელ სექტორში უცნობი ფიზიკის მრავალფეროვნების დაშვების ლოგიკას - მოდით დავარქვათ მას "ჩრდილოვანი სამყარო" - რომელიც არსებობს ჩვენი სამყაროს პარალელურად და აქვს ყველა სირთულე, რასაც ჩვენი ხილული სამყარო გვთავაზობს.

ასტროფიზიკოსები ადრე ვარაუდობდნენ, რომ „ბნელი ვარსკვლავები“- ბნელი მატერიისგან შექმნილი ვარსკვლავები - შესაძლოა არსებობდნენ ჩვენს უძველეს სამყაროში დღემდე. თუ ასეა, რენდალი ამტკიცებს, შესაძლოა „ბნელი პლანეტები“ჩამოყალიბდეს. და თუ არსებობს ბნელი მატერიის ნაწილაკების ოჯახი, რომელსაც აკონტროლებენ ბნელ სექტორში განლაგებული ძალები, შეიძლება ამან გამოიწვიოს რთული ქიმიის გაჩენა? და სიცოცხლეს?

თუმცა, თუ ჩვენი სამყაროს პარალელურად არის „ბნელი“ან „ჩრდილოვანი“სიცოცხლე, შეგიძლიათ დაივიწყოთ, რომ ჩვენ შეგვიძლია მისი აღმოჩენა.

ჩრდილოვანი ცხოვრება ჩრდილში დარჩება

როგორც ჩანს, მაცდურია ამ ჰიპოთეზის გამოყენება ყველა ყოველდღიური საიდუმლოების ან თუნდაც პარანორმალური პრეტენზიების ასახსნელად, რომლებსაც მეცნიერება ვერ დაუმტკიცებს ან დაუჭერს მხარს. რა მოხდება, თუ "მოჩვენებები" ან აუხსნელი "ცაში შუქები" არის ბნელი არსებების სისულელეები, რომლებიც ცხოვრობენ ყველაფრის უკან?

მიუხედავად იმისა, რომ ეს ლოგიკა კარგი იქნება სატელევიზიო შოუსთვის ან ფილმისთვის, ეს ბნელი არსებები იცხოვრებენ ჩრდილოვან სამყაროში, რომელიც სრულიად შეუთავსებელია ჩვეულებრივ მატერიასთან. მათ ნაწილაკებს და ძალებს არ ექნებათ გავლენა ჩვენს სამყაროზე. თქვენ შეგეძლოთ წაიკითხოთ ეს სტრიქონები ბნელ ტყეში ხის ღეროზე მჯდომარეზე და ვერასოდეს გაიგებთ ამის შესახებ.

მაგრამ ვინაიდან ჩვენ თანაარსებობთ ამ ჩრდილოვან სამყაროსთან ერთსა და იმავე სივრცე-დროში - არასაჭირო განზომილებებისა და მრავალ სამყაროს გარეშე - მხოლოდ ერთი სიგნალის გადაცემა შეიძლება.

გრავიტაციული ტალღები მხოლოდ 2016 წელს აღმოაჩინეს და სივრცე-დროში ამ ტალღების პირველი აღმოჩენა შავი ხვრელების შეჯახებით იყო გამოწვეული. როგორც ჩანს, სავსებით შესაძლებელია, რომ გრავიტაციული ტალღები შეიძლება აღმოჩნდეს ბნელ სექტორში, მაგრამ მხოლოდ ყველაზე ძლიერი კოსმოსური მოვლენები ბნელ სექტორში შეიძლება აღმოჩნდეს მავთულის ბოლოში.

საერთო ჯამში, ჩვენ თითქმის არასოდეს დავამტკიცებთ ბნელი მატერიის საყვარელი არსებების არსებობას, მაგრამ რენდალი აღნიშნავს მნიშვნელოვან პუნქტს. როდესაც ბნელი მატერიის წყაროს განვიხილავთ, ჩვენი ცრურწმენების მიღმა უნდა გავიხედოთ; ბნელი სექტორი შეიძლება იყოს ბნელი მატერიის ნაწილაკებისა და ძალების რთული ოჯახი, რომლებიც სცილდება იმას, რაც ჩვენ შეგვიძლია წარმოვიდგინოთ.