Dinge, die derzeit unsichtbar sind

Die Dinge, die die Wissenschaft weiß und sieht, sind nur ein kleiner Teil dessen, was wahrscheinlich existiert. Natürlich sollten Wissenschaft und Technologie „Vision“ nicht wörtlich nehmen. Obwohl unsere Augen sie nicht sehen können, ist die Wissenschaft seit langem in der Lage, Dinge wie Luft und den darin enthaltenen Sauerstoff, Radiowellen, ultraviolettes Licht, Infrarotstrahlung und Atome zu „sehen“.

Wir sehen auch gewissermaßen Antimateriewenn es heftig mit gewöhnlicher Materie interagiert, und das ist im Allgemeinen ein schwierigeres Problem, denn obwohl wir es in den Auswirkungen der Interaktion, in einem ganzheitlicheren Sinne als Schwingung, sahen, war es für uns bis 2015 schwer zu fassen.

Allerdings „sehen“ wir in gewisser Weise immer noch nicht die Schwerkraft, da wir noch keinen einzigen Träger dieser Wechselwirkung entdeckt haben (d. h. zum Beispiel ein hypothetisches Teilchen namens …). Graviton). Es ist hier erwähnenswert, dass es eine gewisse Analogie zwischen der Geschichte der Schwerkraft und der Geschichte der Schwerkraft gibt.

Wir sehen die Wirkung des letzteren, aber wir beobachten sie nicht direkt, wir wissen nicht, woraus sie besteht. Es gibt jedoch einen grundlegenden Unterschied zwischen diesen „unsichtbaren“ Phänomenen. Niemand hat jemals die Schwerkraft in Frage gestellt. Bei der Dunklen Materie (1) ist das jedoch anders.

Wie g dunkle Energiedie sogar noch mehr als dunkle Materie enthalten soll. Seine Existenz wurde auf der Grundlage des Verhaltens des Universums als Ganzes vermutet. Wahrscheinlich wird es noch schwieriger sein, sie zu „sehen“ als dunkle Materie, schon allein deshalb, weil unsere allgemeine Erfahrung lehrt, dass Energie von Natur aus etwas ist, das für die Sinne (und Beobachtungsinstrumente) weniger zugänglich ist als Materie.

Nach modernen Annahmen sollten die beiden Dunklen 96 % des Inhalts ausmachen.

Tatsächlich ist uns also sogar das Universum selbst weitgehend unsichtbar, ganz zu schweigen davon, dass wir von seinen Grenzen nur diejenigen kennen, die durch menschliche Beobachtung bestimmt werden, und nicht diejenigen, die seine wahren Extreme wären - falls es sie gibt überhaupt.

Etwas zieht uns mit der gesamten Galaxie mit

Die Unsichtbarkeit einiger Dinge im Weltraum kann quälend sein, beispielsweise die Tatsache, dass sich 100 benachbarte Galaxien ständig auf einen mysteriösen Punkt im Universum zubewegen, der als „…“ bezeichnet wird Toller Attraktor. Dieses Gebiet ist etwa 220 Millionen Lichtjahre entfernt und Wissenschaftler sprechen von einer Gravitationsanomalie. Es wird angenommen, dass der Große Attraktor die Masse von Billiarden Sonnen hat.

Beginnen wir mit der Tatsache, dass es expandiert. Dies geschieht seit dem Urknall und die aktuelle Geschwindigkeit dieses Prozesses wird auf 2,2 Millionen km pro Stunde geschätzt. Das bedeutet, dass sich unsere Galaxie und ihre benachbarte Andromeda-Galaxie auch mit dieser Geschwindigkeit bewegen sollten, oder? Nicht wirklich.

In den 70er Jahren erstellten wir detaillierte Karten des Weltraums. Mikrowellenhintergrund (CMB) Universum und wir haben festgestellt, dass eine Seite der Milchstraße wärmer ist als die andere. Der Unterschied betrug weniger als ein Hundertstel Grad Celsius, aber er reichte aus, um zu verstehen, dass wir uns mit einer Geschwindigkeit von 600 km pro Sekunde auf das Sternbild Centaurus zubewegten.

Einige Jahre später entdeckten wir, dass sich nicht nur wir, sondern alle Menschen im Umkreis von hundert Millionen Lichtjahren um uns in die gleiche Richtung bewegten. Es gibt nur eine Sache, die der Ausbreitung über so große Entfernungen widerstehen kann, und das ist die Schwerkraft.

Andromeda zum Beispiel sollte sich von uns entfernen, aber in 4 Milliarden Jahren müssen wir ... mit ihr kollidieren. Ausreichende Masse kann der Expansion widerstehen. Wissenschaftler dachten zunächst, dass diese Geschwindigkeit auf unseren Standort am Rande des sogenannten lokalen Superclusters zurückzuführen sei.

Warum fällt es uns so schwer, diesen geheimnisvollen Großen Attraktor zu sehen? Leider ist es unsere eigene Galaxie, die uns die Sicht versperrt. Etwa 20 % des Universums können wir durch den Milchstraßengürtel nicht sehen. Zufällig geht er genau dorthin, wo der Große Attraktor ist. Mit Röntgen- und Infrarotbeobachtungen ist es theoretisch möglich, diesen Schleier zu durchdringen, ein klares Bild liefert dies jedoch nicht.

Trotz dieser Schwierigkeiten wurde festgestellt, dass sich in einer Region des Großen Attraktors, in einer Entfernung von 150 Millionen Lichtjahren, eine Galaktische befindet Cluster Norma. Dahinter befindet sich ein noch massereicherer Superhaufen, 650 Millionen Lichtjahre entfernt, mit einer Masse von 10 Millionen Lichtjahren. Galaxien, eines der größten uns bekannten Objekte im Universum.

Wissenschaftler vermuten also, dass der Große Attraktor Gravitationszentrum viele Superhaufen von Galaxien, einschließlich unserer - insgesamt etwa 100 Objekte, wie die Milchstraße. Es gibt auch Theorien, dass es sich um eine riesige Ansammlung dunkler Energie oder um ein Gebiet mit hoher Dichte und einer enormen Anziehungskraft handelt.

Einige Forscher glauben, dass dies nur ein Vorgeschmack auf das endgültige Ende des Universums ist. Die Weltwirtschaftskrise wird in einigen Billionen Jahren zu einer Verdickung des Universums führen, wenn sich die Expansion verlangsamt und sich umzukehren beginnt. Mit der Zeit würde dies zu einem supermassereichen Planeten führen, der alles auffressen würde, auch sich selbst.

Wie Wissenschaftler jedoch feststellen, wird die Expansion des Universums letztendlich die Kraft des Großen Attraktors besiegen. Unsere Geschwindigkeit dorthin beträgt nur ein Fünftel der Geschwindigkeit, mit der sich alles ausdehnt. Die riesige lokale Struktur von Laniakea (2), zu der wir gehören, wird sich wie viele andere kosmische Einheiten eines Tages auflösen müssen.

Die fünfte Naturgewalt

Etwas, das wir nicht sehen können, dessen Existenz aber in letzter Zeit ernsthaft vermutet wird, ist der sogenannte fünfte Schlag.

Die in den Medien berichtete Entdeckung beinhaltet Spekulationen über ein hypothetisches neues Teilchen mit einem faszinierenden Namen. X17könnte helfen, das Geheimnis der Dunklen Materie und Dunklen Energie zu erklären.

Es sind vier Wechselwirkungen bekannt: Schwerkraft, Elektromagnetismus, starke und schwache atomare Wechselwirkungen. Die Auswirkungen der vier bekannten Kräfte auf Materie, vom Mikroreich der Atome bis zur kolossalen Skala von Galaxien, sind gut dokumentiert und in den meisten Fällen erklärbar. Wenn man jedoch bedenkt, dass etwa 96 % der Masse unseres Universums aus obskuren, ungeklärten Dingen besteht, die Dunkle Materie und Dunkle Energie genannt werden, ist es nicht verwunderlich, dass Wissenschaftler seit langem vermuten, dass diese vier Kräfte nicht alles darstellen, was darin ist der Kosmos. geht weiter.

Ein Versuch, eine neue Kraft zu beschreiben, deren Autor ein Team unter der Leitung von ist Attila Krasnagorskaya (3) Die Physik am Institut für Kernforschung (ATOMKI) der Ungarischen Akademie der Wissenschaften, von der wir letzten Herbst hörten, war nicht das erste Anzeichen für die Existenz mysteriöser Wechselwirkungen.

Dieselben Wissenschaftler schrieben erstmals 2016 über die „fünfte Kraft“, nachdem sie ein Experiment zur Umwandlung von Protonen in Isotope durchgeführt hatten, bei denen es sich um Varianten chemischer Elemente handelt. Die Forscher beobachteten, wie die Protonen ein Isotop namens Lithium-7 in eine instabile Atomart namens Beryllium-8 verwandelten.

3. Prof. Attila Krasznahorkai (rechts)

Beim Zerfall von Beryllium-8 entstanden Elektronen- und Positronenpaare, die sich gegenseitig abstoßen, wodurch die Teilchen schräg herausfliegen. Das Team erwartete einen Zusammenhang zwischen der beim Zerfallsprozess emittierten Lichtenergie und den Winkeln, in denen die Teilchen auseinanderfliegen. Stattdessen wichen die Elektronen und Positronen fast siebenmal häufiger um 140 Grad ab als von ihren Modellen vorhergesagt – ein unerwartetes Ergebnis.

„Unser gesamtes Wissen über die sichtbare Welt lässt sich mit dem sogenannten Standardmodell der Teilchenphysik beschreiben“, schreibt Krasnagorkai. „Allerdings gibt es keine Teilchen, die schwerer als das Elektron und leichter als das Myon sind, das 207-mal schwerer als das Elektron ist.“ Wenn wir im obigen Massenfenster ein neues Teilchen entdecken, würde dies auf eine neue Kraft hinweisen, die nicht im Standardmodell enthalten ist.“

Das mysteriöse Objekt erhält den Namen X17 aufgrund seiner geschätzten Masse von 17 Megaelektronenvolt (MeV), was etwa dem 34-fachen der Masse eines Elektrons entspricht. Die Forscher beobachteten den Zerfall von Tritium in Helium-4 und beobachteten erneut eine seltsame diagonale Entladung, die auf ein Teilchen mit einer Masse von etwa 17 MeV hindeutete.

„Das Photon vermittelt die elektromagnetische Kraft, das Gluon vermittelt die starke Kraft und die W- und Z-Bosonen vermitteln die schwache Kraft“, erklärte Krasznahorkai.

„Unser Teilchen X17 muss eine neue Wechselwirkung vermitteln, die fünfte. Das neue Ergebnis verringert die Wahrscheinlichkeit, dass das erste Experiment einfach ein Zufall war oder dass die Ergebnisse einen systematischen Fehler verursachten.“

Dunkle Materie unter den Füßen

Aus dem großen Universum, aus der nebligen Region der Geheimnisse und Mysterien der großen Physik, kehren wir zur Erde zurück. Wir stehen hier vor einem ziemlich überraschenden Problem ... alles, was sich darin befindet, zu sehen und genau darzustellen (4).

Vor einigen Jahren haben wir in MT darüber geschrieben Geheimnis des Erdkernsdass mit seiner Entstehung ein Paradoxon verbunden ist und man nicht genau weiß, was seine Natur und Struktur sind. Wir haben Methoden wie das Testen mit Seismische Wellen, gelang es auch, ein Modell der inneren Struktur der Erde zu entwickeln, über das wissenschaftliche Übereinstimmung besteht.

jedoch Im Vergleich zu entfernten Sternen und Galaxien beispielsweise ist unser Verständnis dessen, was unter unseren Füßen liegt, dürftig. Wir sehen einfach Weltraumobjekte, auch sehr weit entfernte. Das Gleiche gilt nicht für den Kern, die Mantelschichten oder noch tiefere Schichten der Erdkruste..

Es liegen nur die direktesten Studien vor. Gebirgstäler legen bis zu mehrere Kilometer tiefe Felsen frei. Die tiefsten Erkundungsbohrungen reichen bis in eine Tiefe von knapp über 12 km.

Informationen über Gesteine ​​und Mineralien, die tiefere Schichten bilden, liefern Xenolithe, d. h. Gesteinsfragmente, die durch vulkanische Prozesse aus dem Erdinneren herausgerissen und weggetragen werden. Anhand dieser Erkenntnisse können Petrologen die Zusammensetzung von Mineralien bis in mehrere hundert Kilometer Tiefe bestimmen.

Der Erdradius beträgt 6371 km, was für alle unsere „Eindringlinge“ ein schwieriger Weg ist. Aufgrund des enormen Drucks und der Temperaturen von etwa 5 Grad Celsius ist kaum zu erwarten, dass die tiefsten Tiefen in absehbarer Zeit einer direkten Beobachtung zugänglich werden.

Wie haben wir also erfahren, was wir über die Struktur des Erdinneren wissen? Solche Informationen liefern seismische Wellen, die durch Erdbeben erzeugt werden, d. h. elastische Wellen, die sich in einem elastischen Medium ausbreiten.

Sie haben ihren Namen von der Tatsache, dass sie durch Schläge erzeugt werden. In einem elastischen (bergigen) Medium können sich zwei Arten von elastischen (seismischen) Wellen ausbreiten: schneller - längs und langsamer - quer. Erstere sind Schwingungen des Mediums, die entlang der Wellenausbreitungsrichtung auftreten, während sie bei Querschwingungen des Mediums senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung auftreten.

Longitudinalwellen werden zuerst aufgezeichnet (lateinisch primae) und Transversalwellen werden zweitens aufgezeichnet (lateinisch secundae), daher ihre traditionelle Bezeichnung in der Seismologie – Longitudinalwellen p und Transversalwellen s. P-Wellen sind etwa 1,73-mal schneller als S-Wellen.

Die von seismischen Wellen bereitgestellten Informationen ermöglichen die Erstellung eines Modells des Erdinneren auf der Grundlage elastischer Eigenschaften. Wir können andere physikalische Eigenschaften basierend darauf bestimmen Schwerkraftfeld (Dichte, Druck), Beobachtung magnetotellurische Ströme im Erdmantel erzeugt (elektrische Leitfähigkeitsverteilung) bzw Zersetzung des Wärmestroms der Erde.

Die petrologische Zusammensetzung kann anhand eines Vergleichs mit Laborstudien der Eigenschaften von Mineralien und Gesteinen unter Bedingungen hohen Drucks und hoher Temperatur bestimmt werden.

Die Erde strahlt Wärme ab und es ist unbekannt, woher sie kommt. Kürzlich ist eine neue Theorie zu den schwer fassbaren Elementarteilchen aufgetaucht. Es wird angenommen, dass die Natur wichtige Hinweise auf das Geheimnis der von unserem Planeten ausgehenden Wärme liefert. Neutrino - Partikel mit extrem geringer Masse - emittiert durch radioaktive Prozesse im Erdinneren.

Die wichtigsten bekannten Radioaktivitätsquellen sind das instabile Thorium und Kalium – wie wir aus Gesteinsproben bis zu 200 km unter der Erdoberfläche wissen. Was tiefer liegt, ist nicht mehr bekannt.

Wir wissen es Geoneutrino Die beim Zerfall von Uran emittierten Atome haben eine größere Energie als die beim Zerfall von Kalium emittierten Atome. Durch die Messung der Energie von Geoneutrinos können wir also herausfinden, aus welchem ​​radioaktiven Material sie stammen.

Leider sind Geoneutrinos sehr schwer nachzuweisen. Daher erforderte ihre erste Beobachtung im Jahr 2003 einen riesigen unterirdischen Detektor, gefüllt mit ca. Tonnen Flüssigkeit. Diese Detektoren messen Neutrinos, indem sie Kollisionen mit Atomen in einer Flüssigkeit erkennen.

Seitdem wurden Geoneutrinos nur in einem Experiment mit ähnlicher Technologie beobachtet (5). Das zeigen beide Messungen Etwa die Hälfte der radioaktiven Erdwärme (20 Terawatt) ist auf den Zerfall von Uran und Thorium zurückzuführen. Die Quelle der restlichen 50 %... es ist noch unbekannt, woher.

5. Modellkarte der Intensität von Geoneutrino-Emissionen auf der Erde - Prognosen

Im Juli 2017 begann der Bau des Gebäudes, auch bekannt als DUNEDie Fertigstellung ist für etwa 2024 geplant. Die Anlage wird fast 1,5 km unter der Erde im ehemaligen Homestack in South Dakota liegen.

Wissenschaftler planen, mit DUNE die wichtigsten Fragen der modernen Physik zu beantworten, indem sie Neutrinos, eines der am wenigsten verstandenen Grundteilchen, sorgfältig untersuchen.

Im August 2017 veröffentlichte ein internationales Wissenschaftlerteam in der Zeitschrift Physical Review D einen Artikel, der eine recht innovative Nutzung von DUNE als Scanner zur Untersuchung des Erdinneren vorschlug. Zusätzlich zu seismischen Wellen und Bohrlöchern käme eine neue Methode zur Untersuchung des Planeteninneren hinzu, die uns vielleicht ein völlig neues Bild davon zeigen würde. Dies ist jedoch vorerst nur eine Idee.

Von der kosmischen Dunklen Materie aus sind wir in das Innere unseres Planeten gelangt, das für uns nicht weniger dunkel ist. und die Undurchsichtigkeit dieser Dinge ist beunruhigend, aber nicht so sehr wie die Sorge, dass wir nicht alle Objekte sehen können, die sich relativ nahe an der Erde befinden, insbesondere diejenigen, die sich auf Kollisionskurs mit ihr befinden.

Dabei handelt es sich jedoch um ein etwas anderes Thema, das wir kürzlich ausführlich in MT besprochen haben. Unser Wunsch, Beobachtungsmethoden zu entwickeln, ist in allen Zusammenhängen völlig berechtigt.