خمسة أسباب لماذا القرن 21 سيكون ذروة الفيزياء الفلكية

لقرون عديدة ، ونحن بغطرسة يعتقد أنه وجد تقريبا كل الإجابات على الأسئلة العويصة. يعتقد العلماء أن الميكانيكا النيوتونية يصف كل شيء ، حتى اكتشف الطبيعة الموجية للضوء. الفيزياء الفكر عندما ماكسويل موحد الكهرومغناطيسية ، كانت النهاية ، ولكن بعد ذلك جاء النسبية و ميكانيكا الكم. يعتقد الكثيرون أن طبيعة المسألة واضحة تماما ، عندما وجدنا بروتون نيترون و إلكترون ، ولكن بعد تعثر على الجسيمات العالية الطاقة. فقط 25 السنوات الخمس الأخيرة من الاكتشافات المذهلة تغير نظرتنا إلى الكون, و كل واحد منهم الوعود الكبرى الثورة. نحن نعيش في أوقات مثيرة: لدينا فرصة للنظر في أعماق أسرار كل شيء.

كتلة النيوترونات

عندما بدأنا حساب على الورق النيوترونات القادمة من الشمس, لدينا عدد يقوم على تخليق التي يجب أن تحدث في الداخل. ولكن عندما بدأنا في الواقع لحساب النيوترونات القادمة من الشمس ، رأينا فقط ثلث المتوقع. لماذا ؟ جاء الجواب إلا في الآونة الأخيرة عندما مزيج من القياسات الشمسية والغلاف الجوي النيوترونات أظهرت أنها يمكن أن تتذبذب من نوع واحد إلى آخر. لأن لديهم الشامل.

ماذا يعني هذا بالنسبة للفيزياء الفلكية. النيوترونات هي الأكثر شيوعا ضخمة من الجسيمات في الكون: هم مليار مرة أكثر من الإلكترونات. إذا كان لديهم الشامل ، ويترتب على ذلك:

• يشكلون جزء من المادة المظلمة
• ندخل في المجرة هيكل
• قد شكل غريب الفيزياء الفلكية حالة تعرف باسم fermionic التكثيف
• يمكن أن تكون مرتبطة مع الطاقة المظلمة.

إذا النيوترونات لها كتلة, كما يمكن ميرنا الجسيمات (وليس أكثر شيوعا جسيمات ديراك) إلى تقديم نوع جديد من الأسلحة النووية الاضمحلال. كما يمكن للمخرج زملائه اليساريين ، والتي يمكن أن تفسر المادة المظلمة. النيوترونات أيضا تحمل معظم الطاقة في سوبر نوفا ، هي المسؤولة عن تبريد من النجوم النيوترونية تؤثر على شفق من الانفجار الكبير (CMB) و هي جزء أساسي من علم الكونيات الحديث و الفيزياء الفلكية.

تسريع الكون

إذا كان الكون يبدأ الساخنة الانفجار الكبير, سيكون لديك اثنين من الخصائص الهامة: الأولي معدل التوسع الأولية كثافة المادة/الإشعاع/الطاقة. إذا كانت كثافة كبيرة جدا ، الكون جمع شملهم مرة أخرى ، إذا كان صغير جدا, الكون إلى الأبد في التوسع. ولكن في عالمنا ، كثافة و التوسع ليس فقط متوازن تماما ، ولكن جزء صغير من هذه الطاقة يأتي في شكل من الطاقة المظلمة ، وهذا يعني أن الكون بدأ في التوسع بسرعة بعد 8 مليار سنة منذ ذلك الحين لا تزال في نفس الروح.

ماذا يعني هذا بالنسبة للفيزياء الفلكية. لأول مرة في تاريخ البشرية لدينا الفرصة لتعلم قليلا عن مصير الكون. جميع الكائنات التي لا ترتبط الجاذبية, في نهاية المطاف سوف تتباعد, لذلك كل شيء خارج مجموعتنا المحلية يوم واحد سوف يطير بعيدا. ولكن ما هي طبيعة الطاقة المظلمة ؟ هل هو حقا الكونية ثابتة ؟ سواء كان متصلا مع الكم فراغ ؟ يمكن أن يكون حقل القوة التي تتغير مع الوقت ؟ البعثات في المستقبل مثل وكالة الفضاء الأوروبية اقليدس ، WFIRST ناسا جديد 30 متر التلسكوبات تسمح قياسات أكثر دقة من الطاقة المظلمة سوف تسمح لنا أن تصف بدقة كيف أن الكون يتسارع. في النهاية, إذا تسريع تزايد الكون سينتهي في فجوة كبيرة; إذا وقعت كبيرة من الضغط. على المحك هو مصير الكون بأكمله.

كواكب خارج المجموعة الشمسية

قبل جيل كنا نظن أننا بالقرب من نجمة أخرى نظم الكواكب ، ولكن كان لدينا أي دليل لإثبات هذه الفرضية. حاليا, إلى حد كبير بسبب بعثة ناسا "كبلر" ، وجدنا واختبارها الآلاف منهم. نظام الطاقة الشمسية مختلفة من حياتنا: تحتوي على بعض فائقة الأتربة أو mini-نبتون; تحتوي على بعض العمالقة الغازية في النظام الشمسي الداخلي ؛ معظم تحتوي على عوالم بحجم الأرض على مسافة مناسبة من صغيرة ، خافت ، القزم الأحمر النجوم على السطح يمكن أن يكون الماء في حالة سائلة. لا يزال الكثير ويبقى أن نرى.

ماذا يعني هذا بالنسبة للفيزياء الفلكية. لأول مرة في التاريخ ، وجدنا العوالم التي يمكن أن يكون المرشحين المحتملين من أجل الحياة. نحن أقرب من أي وقت مضى للكشف عن علامات الحياة الغريبة في الكون. العديد من هذه العوالم قد تكون يوما ما موطنا المستعمرات البشرية إذا كنا نريد أن تذهب في هذا الطريق. في القرن 21 ونحن سوف تبدأ في استكشاف هذه الفرص: قياس الغلاف الجوي من هذه العوالم البحث عن علامات على الحياة ، وإرسال المسابر الفضائية كبيرا السرعة إلى تحليل أوجه التشابه مع الأرض على أسس مثل المحيطات والقارات ، الغطاء السحابي محتوى الأكسجين في الغلاف الجوي ، مواسم. لم يحدث قط في تاريخ الكون لم يكن أكثر ملاءمة هذه اللحظة.

بوزون هيغز

اكتشاف جسيم هيغز في أوائل عام 2010 ، أنجزت أخيرا النموذج القياسي للجسيمات الأولية. بوزون هيغز لديه كتلة من حوالي 126 GeV/C² يضمحل في 10^-24 ثوان, و ينهار تماما مع توقعات النموذج القياسي. سلوك هذه الجسيمات لا توجد دلائل على وجود الفيزياء الجديدة أبعد من النموذج القياسي ، و هذه مشكلة كبيرة.

ماذا يعني هذا بالنسبة للفيزياء الفلكية. لماذا كتلة هيغز هو أصغر بكثير من بلانك كتلة ؟ هذا السؤال يمكن أن تصاغ بشكل مختلف: لماذاقوة الجاذبية حتى أضعف بكثير من غيرها من القوى ؟ هناك العديد من الحلول الممكنة: والتناظر الفائق ، الأبعاد الإضافية الأساسية الإثارة (امتثالي الحل) ، هيغز كما مركب من الجسيمات (تكنيكولور) ، الخ. ولكن حتى هذه الحلول لا دليلا شاملا بما فيه الكفاية نبحث عنه ؟

في بعض المستويات يجب أن يكون هناك شيء جديد تماما: جسيمات جديدة ، حقول جديدة ، قوة جديدة ، إلخ سيكون لديهم الفيزياء الفلكية و الكونية العواقب ، وجميع هذه الآثار تعتمد على نموذج. إذا فيزياء الجسيمات ، على سبيل المثال ، على دبابة ، لن توفر أي تلميحات جديدة ربما الفيزياء الفلكية. ماذا يحدث عند معظم الطاقات العالية وعلى مسافات قصيرة جدا? الانفجار الكبير و الأشعة الكونية — جلب لنا أعلى من الطاقة من أن لدينا أقوى مسرع الجسيمات. بعد مفتاح حل واحدة من أكبر المشاكل في الفيزياء يمكن أن تظهر من الفضاء وليس على الأرض.

موجات الجاذبية

منذ 101 سنة كانت الكأس المقدسة الفيزياء الفلكية: البحث عن دليل مباشر من أكبر مثبتة تنبؤات آينشتاين. عندما المتقدمة LIGO وصلت في عام 2015 ، تمكنت من الوصول إلى الحساسية المطلوبة للتسجيل تموج الفضاء-الزمن من عال جدا المصدر موجات الجاذبية في الكون: دوامة اللف و دمج الثقوب السوداء. وجود اثنين أكد المكتشفة في منطقة (كم) ، جلبت المتقدمة LIGO الجاذبية-موجة الفلك من عالم الخيال في الواقع.

ماذا يعني هذا بالنسبة للفيزياء الفلكية. كل علم الفلك حتى الوقت الحاضر يعتمد على الضوء من أشعة غاما في الطيف المرئي, ميكروويف و ترددات الراديو. ولكن اكتشاف موجات في الزمكان طريقة جديدة تماما من دراسة الظواهر الفيزيائية الفلكية في الكون. وجود الحق في كشف المطلوبة حساسية ، يمكننا أن نرى:

اندماج النجوم النيوترونية (و معرفة ما إذا كانت أشعة غاما فلاش);

اندماج الأقزام البيض (وربطها مع supernova نوع Ia);

• الثقوب السوداء تلتهم الشامل الأخرى ؛
• موجة الجاذبية توقيع السوبرنوفا ؛
• تواقيع النجوم النابضة;
• المتبقية الجاذبية-موجة التوقيعات من ولادة الكون ، ربما.

حاليا موجة الجاذبية علم الفلك في بداية جدا من التنمية ، فمن الصعب أن تصبح اختبار المنطقة. الخطوات التالية سوف تكون على زيادة مدى حساسية الترددات ، وكذلك مقارنة ينظر في الجاذبية السماء مع البصرية السماء. المستقبل قادم.

نحن لا نتحدث عن الألغاز كبيرة أخرى. هناك المظلمة: أكثر من 80% من كتلة الكون هو غير مرئية تماما أن الضوء العادي (الذرية) هذه المسألة. هناك مشكلة baryogenesis: لماذا الكون مليء المسألة ليست المادة المضادة ، على الرغم من كل ردود الفعل التي شهدنا من أي وقت مضى تماما متماثل في المادة والمادة المضادة. هناك مفارقات الثقوب السوداء الكونية التضخم ، لم تكن قد خلقت بعد نجاح نظرية الكم من الجاذبية.

هناك دائما إغراء نعتقد أن لدينا أفضل الأيام خلفك و أهم الاكتشافات الثورية قد تم بالفعل. ولكن إذا كنا نريد أن نفهم السؤال الأكبر من كل من أين الكون ما هو عليه في الواقع ظهرت حيث سيكون في نهاية المطاف — لا يزال لدينا الكثير من العمل. لم يسبق لها مثيل حجم ونطاق حساسية من التلسكوبات ، فإننا سوف تكون قادرة على تعلم أكثر من يعرف من أي وقت مضى. الفوز ليس مضمونا على الإطلاق ، ولكن كل خطوة أن نأخذ يقربنا إلى المكان المقصود. لا يهم أين هذه الرحلة تحيط بنا, الشيء المهم هو أنه سوف يكون لا يصدق.