Несмотря на все наши современные технологии, мы часто считаем, что обладаем ответами на все вопросы. Однако реальность оказывается иной: многие важные вопросы о природе Вселенной все еще остаются без ответа. Вот что беспокоит космологов.
Темная Материя: Удивительные Галактики
Мы привыкли считать, что гравитация удерживает все на месте: она не дает вам оторваться от Земли, контролирует движение Луны вокруг Земли и планет вокруг Солнца. Мы интуитивно понимаем, как взаимодействуют масса и гравитация.
Тем не менее, для астрономов существует нечто необычное в гравитации галактик.
Как в случае с гравитацией, которая удерживает Землю на орбите вокруг Солнца, она также удерживает звезды в галактиках, заставляя их вращаться вокруг центральной части галактики. Совмещая наблюдения и теорию, астрономы могут определить, сколько массы содержит галактика, и рассчитать гравитационные силы, действующие на звезды.
Проблема возникает, когда мы начинаем анализировать, с какой скоростью звезды вращаются в пределах галактики. Если представить, что звезды на внешнем краю галактики должны вращаться медленнее, чем те, что ближе к центру, то на практике это оказывается не так. Звезды вращаются практически с одинаковой скоростью, независимо от расстояния до центра галактики. Это явление известно как «Проблема Вращения Галактик».
Учитывая движение звезд, ученые пришли к выводу, что существует дополнительная невидимая материя, равномерно распределенная по галактикам.
Эта невидимая материя называется «темной материей», и ученые давно ищут знаки, позволяющие ее объяснить, начиная с первых предсказаний. Никто точно не знает, что такое темная материя, но наиболее распространенное объяснение заключается в том, что она состоит из слабовзаимодействующих массивных частиц, или сокращенно WIMPs. Однако, по своей природе, наблюдать слабовзаимодействующие частицы крайне трудно.
Бетани Болдвин-Пульчини и Стивен Хайет из UC Davis разработали удобное веб-приложение, которое позволяет исследовать связь между массой черной дыры в галактике, количеством обычной и темной материи, а также скоростью звезд.
Однако странное движение галактик — это не единственное свидетельство о существовании темной материи. Когда свет проходит через гравитационное поле, его путь искажается, и это искажение становится более заметным с увеличением силы гравитации. Рассматривая галактические кластеры с огромной массой, можно явно наблюдать, как гравитация искривляет свет.
Ученые рассчитали, сколько света должно искривляться на основе наблюдаемой материи и обнаружили, что свет искривляется сильнее, чем ожидалось. Эти необычно мощные гравитационные поля служат дополнительным доказательством существования невидимой материи во Вселенной.
Согласно данным NASA, до 85% всей материи во Вселенной может быть темной материей.
Напряжение Хаббла: Почему Мы Не Можем Согласовать Скорость Расширения Вселенной
В 1929 году ученый Эдвин Хаббл сделал удивительное открытие: Вселенная расширяется. В то время это стало настоящей революцией — даже Эйнштейн ошибался. В 1990-х годах ситуация стала еще более интригующей. Вселенная не только расширяется, но и скорость этого расширения, вероятно, увеличивается, благодаря загадочному влиянию некоей «темной энергии».
С тех пор ученые пытаются рассчитать скорость расширения Вселенной с помощью таких инструментов, как Космический Телескоп Хаббла, Космический Телескоп Джеймса Уэбба и Планк.
Для этого они используют «стандартные свечи», то есть объекты, яркость которых хорошо изучена. Хотя это может показаться сложным, на деле процесс вполне понятен. Если вы знаете, сколько света излучает какой-либо объект и как ярко он выглядит, вы можете приблизительно оценить, на каком расстоянии он находится. Два самых известных примера таких стандартных свечей — переменные звезды Цефеида и сверхновые типа Ia, которые изучались очень тщательно. На изображении ниже отмечены некоторые переменные звезды Цефеида в UGC 9391, галактике, находящейся более чем в 130 миллионах световых лет от Земли.
С другой стороны, можно исследовать такие вещи, как Космический Микроволновый Фон (CMB), который появился всего через 400,000 лет после Большого Взрыва, чтобы оценить скорость расширения Вселенной.
Вот в чем проблема: когда вы проводите расчеты, получаете совершенно разные результаты. Скорость расширения, рассчитанная с использованием «стандартных свечей», примерно на 9% выше, чем мера, полученная из Космического Микроволнового Фона. Ученые уверены, что причина этого расхождения не в ошибках измерения. Есть некий другой фактор, влияющий на результаты.
Исследование, опубликованное в «Научных Записках Королевского Астрономического Общества», предполагает, что вся Вселенная может медленно вращаться, что могло бы объяснить это расхождение.
Темная Энергия: Почему Вселенная Продолжает Расширяться?
Учёные уверены, что Вселенная расширяется с ускорением, но никто не может точно объяснить, почему и как это происходит.
Согласно существующему объяснению, в действительности существует какой-то неизвестный источник энергии, обычно обозначаемый как «темная энергия», который способствует расширению. Однако откуда берется эта энергия — по-прежнему вопрос для обсуждения.
Наиболее распространенная теория — «Космологическая Константа», — утверждает, что в пространстве всегда присутствует определенное минимальное количество энергии, и по мере расширения Вселенной появляется больше энергии. К сожалению, эта теория не может точно предсказать количество наблюдаемой энергии, и окончательное объяснение темной энергии, скорее всего, потребует создания новых физических теорий.
Почему Мы Не Можем Отказаться от Идеи Путешествий со Скоростью Света
Разберемся с этим.
Материя и Антиматерия: Почему Мы Существуем?
Все, что вас окружает в повседневной жизни, состоит из материи, которая иногда называется «барионной» материей. Однако существует одна проблема: она (и вы) не должны существовать.
Как у магнита есть северный и южный полюса, а у батарейки — положительные и отрицательные клеммы, так и материя имеет свою противоположность, получившую название «антиматерия» или «антибарионная материя».
Антиматерия и материя имеют равные и противоположные свойства. Например, в обычной материи ядро атома состоит из положительно заряженных протонов. В антиматерии ядро имеет отрицательный заряд, так как состоит из отрицательно заряженных антипротонов. Мы можем производить антиматерию в небольших количествах в лабораториях.
И что происходит, если соединить материю и антиматерию? Они аннигилируют — с огромной энергией. Реакции материи и антиматерии на 100% эффективны: сумма массы материи и антиматерии преобразуется в энергию.
Если бы материя и антиматерия образовались в равных количествах в начале Вселенной, то мы сегодня не существовали бы — материя и антиматерия уничтожили бы друг друга. Ученые изучают объекты в глубоком космосе, такие как Кластер Пули, чтобы найти следы антиматерии, оставшейся от ранней Вселенной, но с малым успехом. Тот факт, что мы здесь, и что значительная часть наблюдаемой Вселенной состоит из материи, — это парадокс.
Это подводит нас к сути загадки: почему так много материи и так мало антиматерии? На данный момент никто на это не знает ответа.
Большой Взрыв
Большой Взрыв в целом подтверждается доказательствами, собранными учеными за последний век, однако пока нет убедительного ответа на вопрос «Почему всё началось с взрыва?»
Одно из объяснений состоит в том, что Большой Взрыв мог произойти из-за квантовой флуктуации. Квантовая физика предсказывает, что пространство не является пустым. Скорее, в нем постоянно появляются и исчезают частицы. Возможно, что наша Вселенная появилась в результате одной особенно яркой флуктуации.
Существуют и более экзотические теории. Одна из таких теорий, названная «Браневая Космология», основывается на Струнной Теории. Суть в том, что Вселенная состоит из больших структур, называемых бранами, которые существуют в до 11 измерениях. Если они действительно существуют, предполагается, что эти браны будут взаимодействовать друг с другом и иногда даже сталкиваться. Такие столкновения могут создавать вселенные, подобные нашей.
Интересно, что это объяснение также допускает существование мультивселенной, в которой существует несколько вселенных.
К сожалению, как и большинство предсказаний Струнной Теории, в настоящее время мы не можем проверить существование бран, и вполне вероятно, что конкретный ответ всегда останется за пределами нашего понимания.
Хотя кажется, что мы можем решить все эти загадки, если дадим достаточно времени или научной изобретательности, не следует принимать это как должное. Многие из этих вопросов касаются событий, произошедших миллиарды лет назад, в условиях, которые даже нельзя было бы распознать как нашу Вселенную. Некоторые из этих идей, особенно те, что связаны со Струнной Теорией, могут навсегда остаться недостижимыми для нашего понимания. По меньшей мере, нам, безусловно, нужны новые захватывающие теории, чтобы найти удовлетворительные ответы.
Если вам понравилась эта статья, подпишитесь, чтобы не пропустить еще много полезных статей!
Вы также можете найти наши материалы в:
- Telegram: https://t.me/gergenshin
- Youtube: https://www.youtube.com/@gergenshin
- Яндекс Дзен: https://dzen.ru/gergen
- Официальный сайт: https://www-genshin.ru