Hva om mørk materie er ikke partikler?

Alt vi har noen gang observert i Universet, fra sak til stråling, kan deles opp i de minste komponentene. Alt i denne verden består av atomer, som består av nucleons og elektroner, og nucleons er delt opp i kvarker og gluoner. Lys består også av partikler: fotoner. Selv gravitasjonsbølger, i teorien, består av gravitoner: partikler, som vi en gang, hvis du er heldig, finne og løse. Men hva om mørk materie? Indirekte bevis på sin eksistens ikke kan nektes. Men bør det også bestå av partikler?

- Vi pleide å tenke at mørk materie består av partikler, og håpløst å prøve å finne dem. Men hva hvis vi leter etter er ikke det?

Om mørk energi kan tolkes som den energien som ligger i stoffet på plass, kan det være at "mørk materie" også er en intern funksjon av plassen i seg selv – tett eller eksternt forbundet med mørk energi? Og hva er mørk materie av gravitasjonsfelt effekter som kan forklare våre observasjoner vil være mer på grunn av "mørk masse"?

Vel, spesielt for deg fysiker Ethan Siegel sortere gjennom våre teoretiske tilnærminger og mulige scenarier.

En av de mest interessante funksjonene i Universet består i én-til-én-forhold mellom hva som er i Universet, og endre frekvensen av ekspansjon over tid. Takket være de mange forsiktig målinger av mange ulike kilder – stjerner, galakser, supernovas, cosmic microwave background og stor-skala strukturer i Universet – vi var i stand til å måle begge, definere hva universet er laget. I prinsippet er det mange forskjellige ideer om hva som kan være vårt univers, og de har alle forskjellige virkninger på den kosmiske ekspansjonen.

Basert på sine funn, vet vi nå at universet er laget av følgende:

• 68% mørk energi, som fortsatt er i en konstant energi tetthet selv mens utvidelsen plass;
• 27% mørk materie som viser gravitasjonskraft, erodert av økende volum og kan ikke måle seg med noen andre kjente makt;
• 4.9% av vanlig materie, som manifesterer alle krefter som erodert med økende volum, pause i klumper og består av partikler;
• 0,1% av neutrinos, som er den gravitasjonelle og electroweak vekselsvirkningene, er sammensatt av partikler skli sammen, bare når vi bremse ned nok til å oppføre seg slik sak, ikke-stråling;
• 0,01% av fotoner som viser gravitasjonsfelt og elektromagnetisk stråling oppføre seg som stråling og uklare som øker volumet og strekking av bølgelengder.

Over tid, disse ulike komponentene blir relativt mer eller mindre viktig, og denne andelen representerer, hva som i dag er universet.

Mørk energi, som følger av våre beste målinger, har de samme egenskapene i hvilket som helst punkt på plass, i alle retninger på plass, og alle episoder av våre plass historie. Med andre ord, mørk energi er samtidig homogen og isotropic: det er overalt og alltid den samme. Så langt vi kan fortelle, mørk energi trenger ikke saken, og hun kunne lett bli en eiendom som ligger i stoffet på plass.

Men mørk materie er fundamentalt forskjellig.

For Å skape den strukturen vi ser i Universet, spesielt i de større kosmisk skala, mørk materie må ikke bare eksisterer, men også til å komme sammen. Hun kan ikke være det samme tetthet overalt i rommet, men heller bør konsentrere seg i områder med høy tetthet og bør ha en lavere tetthet, eller fraværende, i områder med lav tetthet. Vi kan faktisk fortelle hvor mye stoff er i en annen region av plass, ledet av observasjoner. Her er de tre viktigste er:

power Spekteret av saken. Gjelder for kart materie i Universet vil se i hvilken grad det tilsvarer galakser som er, hvor sannsynlig er det at du vil finne en annen klode i en viss avstand fra galaxy du begynner, og se resultatene. Hvis universet besto av en uniform stoff, strukturen ville bli smurt. Hvis Universet var mørk materie, som ikke er samlet inn tidlig nok, strukturen på en liten skala, ville bli ødelagt. Power spekteret av energi forteller oss at om lag 85% av materien i Universet er representert av mørk materie, som er svært forskjellig fra protoner, nøytroner og elektroner, og dette mørk materie ble født av den kalde, eller sin kinetiske energien er sammenlignbart med resten masse.

Gravitasjonsfelt brytningen. ta en Titt på det massive objektet. For eksempel, en quasar, en galakse eller klynger av galakser. Se hvordan lyset i bakgrunnen er forvrengt av tilstedeværelsen av objektet. Fordi vi forstå lovene for gravitasjon, som er styrt av den Generelle relativitetsteorien, hvor lyse kurver gjør det mulig for oss å finne ut hvor mye masse som er til stede i hvert objekt. Gjennom andre metoder vi kan finne ut hvor mye masse som er til stede i vanlig materie: stjerner, gass, støv, sorte hull, plasma, etc., og igjen finner vi at 85% av saken representert av mørk materie. Videre er det distribuert mer diffuse, overskyet enn vanlige spørsmål. Dette er bekreftet av svake og sterke brytningen.

den Kosmiske mikrobølgeovn bakgrunn. Hvis du ser på de resterende glødstrålingen fra Big Bang, vil du finne at det er tilnærmet uniform: 2,725 Quo alle retninger. Men hvis du ser nøye, vil du finne at på skalaer fra titalls til hundrevis av microkelvins observert små feil. De forteller oss flere viktige ting, inkludert energi tetthet av vanlig materie, mørk materie og mørk energi, men viktigst av alt – de forteller oss hvordan uniform ble universet da hun var bare 0,003% av sin nåværende alder. Svaret er at de fleste tett regionen var en ren 0.01% tettere enn de minst tette i regionen. Med andre ord, mørk materie starte med en homogen stat og som flyten av tid er tapt i klumper.

å Kombinere alt dette, kommer vi til den konklusjon at mørk materie må oppføre seg som en væske som fyller Universet. Denne væsken har ubetydelig press og viskositet, den trykkfølsomme stråling kolliderer med fotoner eller vanlig materie, som ble født en kald og ikke-relativistiske og slips i en haug under handlingen av sin egen gravitasjon over tid. Det bestemmer dannelsen av strukturene i Universet på den største vekten. Det er svært heterogen, og omfanget av mangfold øker med tiden.

Her er hva vi kan si om det på en stor skala, fordi de er knyttet til observasjoner. På en liten skala, kan vi bare anta, ikke være helt trygg på at mørk materie består av partikler med egenskaper som forårsaker den til å oppføre seg på denne måten på en stor skala. Grunnen til at vi antar at universet, så vidt vi vet, består av partikler i grunnprinsipper, og det er alt. Hvis du rolle, hvis du har en masse, et kvantesprang analog, du nødvendigvis må bestå av partikler på et visst nivå. Men før vi fant denne partikkelen, kan vi ikke utelukke andre muligheter: for eksempel, at dette er en væske felt som ikke består av partikler, men effekten på plass-tid som ville partikler.

Det er derfor det er så viktig å forsøke direkte påvisning av mørk materie. Du kan godta eller avslå en grunnleggende del av mørk materie i teorien umulig, men i praksis er støttet av observasjoner. Angivelig, mørk materie har ingenting å gjøre med mørk energi.

Enten det er laget fra deler? Helt til vi finner dem, kan vi bare gjette. Universet manifesterer seg som finnes i naturen, når det kommer til noen annen form for materie, så det er rimelig å anta at mørk materie vil være den samme.