Темная материя + Физика

В ожидание вашего шизо-мнения великомысленники)

Так, разогнать чисто поржать)

В современной науке существуют две загадочные субстанции, о которых все слышали, но которые до сих пор остаются тайной – темная материя и темная энергия. Они занимают более 95% всей Вселенной, но мы не можем увидеть их или напрямую зафиксировать с помощью наших приборов. Зачем же они нужны и как влияют на нашу Вселенную? Давайте разберемся.

Почему ученые считают, что темная материя существует?

Темная материя была впервые "замечена" в 1930-х годах, когда астроном Фриц Цвикки заметил странное поведение галактик в скоплении Кома. Их движения не соответствовали предсказаниям, основанным только на видимой массе звезд и газа. Цвикки предположил, что существует некая невидимая масса, которая добавляет гравитацию. Сегодня мы видим похожий эффект: галактики вращаются с такой скоростью, что они просто бы разлетелись, если бы удерживались только обычной материей. Это и есть одно из основных доказательств существования темной материи.

Свойства темной материи

Темная материя не испускает свет и не взаимодействует с электромагнитным излучением, поэтому мы не можем ее увидеть напрямую. Однако она взаимодействует с гравитацией, и именно по ее гравитационному воздействию ученые могут "увидеть" ее присутствие. В частности, темная материя участвует в процессе образования галактик и скоплений галактик, помогая им сохранять свою структуру и не разрушаться.

Пример: Если бы темной материи не было, галактики просто бы разлетелись из-за того, что их звезды движутся с огромной скоростью. Эта невидимая субстанция словно "склеивает" галактики и позволяет Вселенной сохранять свою структуру.

Темная энергия и ускоряющееся расширение Вселенной

Если темная материя работает как «клей», то темная энергия — как «раздвижение». В 1998 году ученые, изучая сверхновые, обнаружили, что Вселенная расширяется с ускорением. Это было полной неожиданностью, так как они ожидали, что расширение должно замедляться из-за гравитационного притяжения. Причина ускоренного расширения до конца не ясна, но за этим феноменом стоит некая сила, которую мы называем темной энергией.

Свойства темной энергии

Темная энергия действует на самых больших масштабах, ускоряя расширение Вселенной. Мы не знаем ее природу, но предполагаем, что она связана с «энергией вакуума» — пустого пространства, которое, возможно, обладает собственной энергией. Эта энергия отталкивает галактики друг от друга, и чем дальше они находятся, тем быстрее они разлетаются.

Как темная материя и темная энергия влияют на структуру Вселенной?

— Темная материя: обеспечивает галактикам и скоплениям необходимую массу для их удержания, формирует гравитационные «каркасы», на которых строится структура Вселенной. Без нее галактики бы не смогли существовать в таком виде, в каком мы их наблюдаем.

— Темная энергия: действует как антигравитация, "расталкивая" объекты на гигантских расстояниях. Она ответит за судьбу Вселенной: если темная энергия продолжит ускорять расширение, то Вселенная может прийти к «Большому разрыву», где все объекты будут бесконечно удаляться друг от друга.

Итоги

Темная материя и темная энергия — это загадочные субстанции, которые изменили наше представление о космосе. Хотя они невидимы и непонятны, их влияние на структуру и будущее Вселенной огромно. Ученые продолжают изучать их природу, проводя эксперименты в подземных лабораториях, на ускорителях и в космосе.

Полезные ссылки:

— Темная материя: загадка, изменившая астрономию

— Почему темная энергия заставляет Вселенную расширяться?

Наши представления о Вселенной бесконечно расширяются: физики и философы, сталкиваясь с тайнами мироздания, пытаются понять, что же скрывается за границами известного. Один из самых захватывающих вопросов — существует ли "мультивселенная"? Давайте погрузимся в эту теорию и попробуем понять, насколько реальны параллельные миры, к чему это может привести и как такие идеи подкрепляются (или опровергаются) наукой.

Что такое мультивселенная?

Мультивселенная — это гипотеза, что наша Вселенная не единственная, а является лишь одной из множества других, возможно, имеющих разные законы физики, временные потоки и условия существования. Представьте, что наша реальность — это один пузырь в огромном океане таких же пузырей. Теория мультивселенной предполагает, что могут быть иные миры, где действуют иные правила — например, во Вселенной без гравитации или в мире, где вы пошли по другому пути и стали абсолютно другой личностью.

Основные теории мультивселенной

Существует несколько версий мультивселенной, каждая из которых предлагает уникальное представление о том, как может быть устроено пространство:

— Мультивселенная Эверетта (квантовая мультивселенная) — возможно, самая известная теория параллельных миров. В основе идеи лежит "многомировая интерпретация" квантовой механики. Согласно этой теории, каждый возможный результат квантового события вызывает разделение реальности. Например, вы бросаете монету, и результат может быть "орел" или "решка". При каждом броске реальность разделяется на две: в одной вы видите "орла", а в другой — "решку". Это приводит к бесконечному числу параллельных миров, в каждом из которых история развивается по-своему.

— Космологическая мультивселенная — концепция, связанная с идеей инфляции. Согласно теории инфляции, Вселенная после Большого взрыва начала бесконечно расширяться, создавая области, которые более не взаимодействуют друг с другом. Эти области или "пузырьки" становятся отдельными вселенными, которые могут обладать своими уникальными физическими свойствами.

— Бранная мультивселенная (теория струн) — в рамках теории струн физики предположили, что наша Вселенная является лишь одной из многих бран (мембран) в многомерном пространстве. Разные браны могут "пересекаться", создавая уникальные эффекты, такие как рождение новых вселенных. Это также может объяснить загадочную природу гравитации и другие фундаментальные силы.

— Голографическая мультивселенная — это более абстрактная идея, основанная на гипотезе, что наша Вселенная может быть проекцией на "плоскости" более высокоразмерной реальности. Как изображение, нанесенное на поверхность, наша трехмерная реальность может быть всего лишь отражением более сложной четырех- или пятимерной структуры.

Научные основания и доказательства

Идеи мультивселенной, несмотря на свою привлекательность, пока трудно проверить экспериментально. Однако некоторые гипотезы находят косвенные доказательства:

— Флуктуации космического микроволнового фона — одна из теорий предполагает, что столкновения между пузырьковыми вселенными могут оставить "следы" на космическом микроволновом фоне, который мы можем наблюдать. Ученые тщательно изучают его, чтобы понять, существуют ли необычные паттерны, которые могут указать на возможное взаимодействие между разными вселенными.

— Квантовые эксперименты — с квантовыми явлениями, например, с суперпозицией и запутанностью, можно объяснить природу многомировой интерпретации. Исследования, в частности, проведенные в квантовых вычислениях, показывают, что частицы могут находиться в нескольких состояниях одновременно. Это может указывать на возможное существование параллельных реальностей, но прямых доказательств пока нет.

— Существование темной энергии и материи — странные явления в космологии, такие как темная энергия и темная материя, составляют более 95% энергии нашей Вселенной. Если параллельные вселенные существуют, они могут взаимодействовать с нашей через гравитационные или другие силы, создавая явления, которые мы пока не понимаем.

Философские вопросы и парадоксы мультивселенной

Если мультивселенная существует, это меняет наше понимание реальности и нашей уникальности в ней. Что, если существует другой "вы", живущий в другом мире? Это приводит к интересным философским вопросам:

— Вопрос идентичности — если существует бесконечное число миров с вашим двойником, то кто вы на самом деле? Что делает вас "уникальным"?

— Определение реальности — если наша Вселенная — лишь один из пузырей в большом космическом океане, значит ли это, что наши законы физики могут быть частным случаем? Означает ли это, что "реальность" — это относительное понятие?

— Свобода воли — если все возможные события происходят в одном из миров, можно ли сказать, что мы обладаем свободой воли, или же наше каждое решение просто "разделяет" миры?

Последние исследования и открытия

Несмотря на трудности проверки, ученые продолжают развивать теорию мультивселенной, и интерес к ней только возрастает. Научные проекты и исследования, такие как проект ALPHA (изучение антивещества) и эксперименты на Большом адронном коллайдере, продолжают расширять границы понимания. Некоторые исследователи надеются, что дальнейшие изучения квантовой физики, темной материи и теории струн могут пролить свет на природу мультивселенной.

Наблюдения и теоретические исследования в астрофизике и космологии, такие как работа Стивена Хокинга и Леонарда Сасскинда, также углубляют вопросы о том, насколько вероятно существование других вселенных. Хотя конкретных доказательств пока нет, развитие техники и новые открытия в ближайшие десятилетия могут приблизить нас к разгадке этих тайн.

Рекомендуемая литература

— "Hidden Reality" Брайан Грин — подробно описывает различные виды мультивселенной и научные основания для каждой из теорий.

— "Мультивселенная" Стивен Хокинг и Томас Хертог — исследование, в котором Стивен Хокинг описывает свои идеи о мультивселенной и её происхождении. (Ссылки не будет, не смог найти в свободном доступе)

— "Ткань космоса" Брайан Грин — работа, объясняющая теорию струн, голографический принцип и другие концепции, связанные с мультивселенной.

— Исследования на тему "пузырьковой" мультивселенной и инфляционной космологии — например, работы Алекса Виленкина и Алана Гута, которые представили концепцию инфляции, повлиявшую на теорию мультивселенной.

Заключение

Мультивселенная — это одна из самых интересных и захватывающих теорий, которые когда-либо появлялись в науке. Она раздвигает границы нашего понимания Вселенной и реальности и порождает множество вопросов, как научных, так и философских. Возможно, со временем мы сможем лучше понять, существует ли что-то "по ту сторону" нашего мироздания. Но даже если это всего лишь теория, её влияние на науку и наше воображение неоспоримо.

Делитесь своими мыслями, кто знает, возможно, параллельная версия вас уже обсуждает эту тему в другом мире!

Преамбула.

Заранее должен предупредить любых читающих, что это именно спекуляция, фантазия и натягивание яиц кота на глобус поверх совы.

А что, если тахионы существуют и никакого парадокса там нет?
Например, в случае, когда тахион может взаимодействовать только с тем, что само превышает скорость света. (В известном мысленном эксперименте тахион испускается и поглощается именно с помощью обычного датчика, что вовсе не обязательно, что именно так на самом деле.)

Тогда никакого нарушения не будет.

Например (пускай это и спекуляция), тёмная материя может быть тахионами. Энергия у них есть, а значит могут вносить вклад в гравитацию.

А по остальным взаимодействия глухо именно потому, что привычные нам взаимодействия не на тех скоростях работают.

Фабула.

Давайте зацепимся за понятие "космическая цензура". Которая говорит, что не должно быть голых сингулярностей.
И расмотрим систему из вращающейся черной дыры и падающих на неё тел.
На черные дыры объекты издалека притягивается из-за динамического торможения (например, об этом есть работа у Сурдина). По идее на черную дыру тоже оно должно действовать и не давать сильно раскручиваться.

Но точно ли это так для вращающихся черных дыр?
Давайте предположим, что нет. Всё-таки время за горизонтом событий сходит с ума (в самой сингулярности вообще тупик Пенроуза возникает), то есть динамика может быть совершенно не такой, как мы привыкли.

И может быть существует такой механизм, который выстреливает какой-то частицей с громадной энергией и со скоростью, которая выше скорости света. Тем самым тахионом (ибо только он и может преодалеть такую гравитацию). И оттормаживается.

Чем именно могла бы быть эта частица, фиг его, конечно, знает.
Но давайте предположим, что гравитоном.

Причем, раз формул ОТО хватает для расчета обычных тел, и там нет непонятных потерь энергий, то такие скоростные гравитоны не формируются у обычных тел. А отсюда так же можно допустить, что у гравитона есть, собственно, и основная скорость - скорость света, и ещё какой-то другой (скорее всего) дискретный набор скоростей. Как у электрона в атоме есть уровни, так мб и у гравитона есть.

При этом такая частица должна будет вносить вклад в гравитацию лишь за счет присущей ей энергии (гравитировать эта частица должна только в основном состоянии).

Почему у него возможна скорость выше скорости света? Потому что запрета на скорость расширения пространства выше скорости света - нет.

(Конечно, по нынешним представлениям расширяется каждая точка пространства между телами. Поэтому чем больше растояние между телами, тем больше скорость их разбегания. То есть скорости расширения каждой точки маленькие на самом деле; большой становится из-за большого количества этих точек. То есть никакого превышения скорости света в общем-то нет. Но(!) не понятно за что точки пространства, как расширяются, что за механизм и т.д. Поле для фантазий опять-таки есть.)

Из-за написанного выше, по-моему, очевидно, что "кучкуются" тахионы рядом с материей потому, что когда-то они были материей.

Ещё эта идея сразу решает вопрос с потерей информации в черных дырах.

Так же это может сказаться на большем значении излучения Хокинга, чем предсказывают нынешние расчеты (частица очень энергетическая, виртуальные частицы рядом с ней должны рождаться более интенсивно). Но этот вклад должен быть заметен или у быстровращающихся черных дыр, или после падения на дыру большого количества вещества.

Так же видел несколько раз новости про научные статьи, что должна существовать пятая сила, намёки на которую обнаруживаются на больших расстояниях. Возможно это именно сверхскоростные гравитоны, которые со временем туннелируют в основное состояние.

Отсюда же и то следует, что тёмное вещество далеко выходит за пределы обычного вещества, но недостаточно, чтобы размазаться равномерно по вселенной - скорости всё равно не бесконечны, как и их время релаксации.

Правда, я не смог придумать, что мог бы испускать такой тахионо-гравитон, чтобы релаксировать.

Но это в любом случае очень энергетически ёмкая частица. Которая может порадить какой-нить кварк (я к тому, что тахионы, кмк, должны рождать чуть больше количества ядер водорода в войдах и межгалактической среде, чем предсказывают нынешние расчеты).

А ещё, кмк, для такого количества тёмной материи должны так же существовать две вещи.
Большие черные дыры должны были появиться почти сразу после Большого взрыва.
Ну и количество вещества должно быть переоценено. Его должно было родиться существенно больше.
(На это, кстати, прекрасно ложатся обнаруженные телескопом др. Веб большие галактики в молодой вселенной.)

ЗЫ. Ох и чушь же я написал, да ещё и так много.
ЗЗЫ. Я не настаиваю, что этот тахион обязательно гравитон. Просто это было бы клёво относительно моих эстетических ожиданий.
ЗЗЗЫ. Впрочем я и на существовании тахиона тоже не настаиваю.