Dingen die nu onzichtbaar zijn

De dingen die de wetenschap weet en ziet, vormen slechts een klein deel van wat waarschijnlijk bestaat. Natuurlijk moeten wetenschap en technologie ‘visie’ niet letterlijk nemen. Hoewel onze ogen ze niet kunnen zien, is de wetenschap al lang in staat dingen te ‘zien’ zoals lucht en de zuurstof die deze bevat, radiogolven, ultraviolet licht, infraroodstraling en atomen.

Wij zien het ook in zekere zin antimateriewanneer het gewelddadig interageert met gewone materie, en dat is over het algemeen een moeilijker probleem, want hoewel we het zagen in de effecten van de interactie, in een meer holistische zin als vibratie, was het tot 2015 ongrijpbaar voor ons.

In zekere zin ‘zien’ we de zwaartekracht echter nog steeds niet, omdat we nog geen enkele drager van deze interactie hebben ontdekt (d.w.z. bijvoorbeeld een hypothetisch deeltje genaamd graviton). Het is de moeite waard hier te vermelden dat er enige analogie bestaat tussen de geschiedenis van de zwaartekracht en .

We zien de werking van dit laatste, maar we observeren het niet rechtstreeks, we weten niet waaruit het bestaat. Er is echter een fundamenteel verschil tussen deze ‘onzichtbare’ verschijnselen. Niemand heeft ooit de zwaartekracht in twijfel getrokken. Maar bij donkere materie (1) is dat anders.

Hoe g donkere energiewaarvan wordt gezegd dat het zelfs meer dan donkere materie bevat. Het bestaan ​​ervan is verondersteld op basis van het gedrag van het heelal als geheel. Het zal waarschijnlijk nog moeilijker zijn om te ‘zien’ dan donkere materie, al was het maar omdat onze algemene ervaring leert dat energie van nature iets blijft dat minder toegankelijk is voor de zintuigen (en observatie-instrumenten) dan materie.

Volgens moderne veronderstellingen zouden beide donkere versies 96% van de inhoud moeten uitmaken.

Dus in feite is zelfs het universum zelf grotendeels onzichtbaar voor ons, om nog maar te zwijgen van het feit dat als het op zijn grenzen aankomt, we alleen die kennen die worden bepaald door menselijke observatie, en niet diegene die de ware uitersten zouden zijn - als ze zouden bestaan. helemaal niet.

Iets trekt ons samen met de hele Melkweg mee

De onzichtbaarheid van sommige dingen in de ruimte kan ondraaglijk zijn, zoals het feit dat honderd naburige sterrenstelsels voortdurend in de richting van een mysterieus punt in het heelal bewegen dat bekend staat als Grote aantrekker. Dit gebied bevindt zich op een afstand van ongeveer 220 miljoen lichtjaar en wetenschappers noemen het een zwaartekrachtafwijking. Er wordt aangenomen dat de Grote Attractor een massa heeft van biljarden zonnen.

Laten we beginnen met het feit dat het zich uitbreidt. Dit gebeurt al sinds de oerknal, en de huidige snelheid van dit proces wordt geschat op 2,2 miljoen km per uur. Dit betekent dat ons sterrenstelsel en het aangrenzende Andromedastelsel ook met deze snelheid zouden moeten bewegen, toch? Niet echt.

In de jaren zeventig maakten we gedetailleerde kaarten van de ruimte. Microgolfachtergrond (CMB) Heelal en we hebben gemerkt dat de ene kant van de Melkweg warmer is dan de andere. Het verschil was minder dan een honderdste graad Celsius, maar het was voor ons voldoende om te begrijpen dat we met een snelheid van 600 km per seconde in de richting van het sterrenbeeld Centaurus bewogen.

Een paar jaar later ontdekten we dat niet alleen wij, maar iedereen binnen honderd miljoen lichtjaren van ons in dezelfde richting bewoog. Er is maar één ding dat uitdijing over zulke grote afstanden kan weerstaan, en dat is de zwaartekracht.

Andromeda zou zich bijvoorbeeld van ons moeten verwijderen, maar over 4 miljard jaar zullen we er mee in botsing moeten komen. Voldoende massa kan uitzetting weerstaan. Aanvankelijk dachten wetenschappers dat deze snelheid te wijten was aan onze locatie aan de rand van de zogenaamde Lokale Supercluster.

Waarom is het zo moeilijk voor ons om deze mysterieuze Grote Attractor te zien? Helaas is het ons eigen sterrenstelsel dat ons zicht blokkeert. We kunnen ongeveer 20% van het heelal niet zien door de Melkweggordel. Toevallig gaat hij precies daarheen waar de Grote Aantrekker is. Het is theoretisch mogelijk om met röntgen- en infraroodwaarnemingen door deze sluier heen te dringen, maar dit levert geen duidelijk beeld op.

Ondanks deze moeilijkheden werd vastgesteld dat er in één gebied van de Grote Attractor, op een afstand van 150 miljoen lichtjaar, een galactische Cluster Norma. Daarachter bevindt zich een nog massievere supercluster, op 650 miljoen lichtjaar afstand, met een massa van 10 miljoen lichtjaar. sterrenstelsels, een van de grootste ons bekende objecten in het heelal.

Wetenschappers suggereren dus dat de Grote Aantrekker zwaartekracht centrum veel superclusters van sterrenstelsels, waaronder het onze - ongeveer 100 objecten in totaal, zoals de Melkweg. Er zijn ook theorieën dat het een enorme verzameling donkere energie is of een gebied met een hoge dichtheid met een enorme aantrekkingskracht.

Sommige onderzoekers geloven dat dit slechts een voorproefje is van het definitieve... einde van het heelal. De Grote Depressie zal binnen een paar biljoen jaar een verdikking van het heelal betekenen, wanneer de uitdijing vertraagt ​​en begint om te keren. Na verloop van tijd zou dit leiden tot een supermassief exemplaar dat alles zou opeten, inclusief zichzelf.

Maar zoals wetenschappers opmerken, zal de uitdijing van het heelal uiteindelijk de kracht van de Grote Aantrekker verslaan. Onze snelheid ernaartoe is slechts een vijfde van de snelheid waarmee alles zich uitbreidt. De enorme lokale structuur van Laniakea (2), waar wij deel van uitmaken, zal op een dag moeten verdwijnen, net als veel andere kosmische entiteiten.

De vijfde natuurkracht

Iets dat we niet kunnen zien, maar waarvan het bestaan ​​onlangs ernstig werd vermoed, is de zogenaamde vijfde staking.

De ontdekking, zoals gerapporteerd in de media, impliceert speculatie over een hypothetisch nieuw deeltje met een intrigerende naam. X17kan het mysterie van donkere materie en donkere energie helpen verklaren.

Er zijn vier bekende interacties: zwaartekracht, elektromagnetisme, sterke en zwakke atomaire interacties. De effecten van de vier bekende krachten op de materie, van het microrijk van atomen tot de kolossale schaal van sterrenstelsels, zijn goed gedocumenteerd en in de meeste gevallen verklaarbaar. Als je echter bedenkt dat ongeveer 96% van de massa van ons heelal bestaat uit obscure, onverklaarde dingen die donkere materie en donkere energie worden genoemd, is het niet verrassend dat wetenschappers al lang vermoedden dat deze vier krachten niet alles vertegenwoordigen wat zich in de materie bevindt. de kosmos. gaat door.

Een poging om een ​​nieuwe kracht te beschrijven, waarvan de auteur een team is onder leiding van Attila Krasnagorskaja (3) was de natuurkunde van het Instituut voor Nucleair Onderzoek (ATOMKI) van de Hongaarse Academie van Wetenschappen, waarover we afgelopen herfst hoorden, niet het eerste teken van het bestaan ​​van mysterieuze interacties.

Dezelfde wetenschappers schreven voor het eerst over de ‘vijfde kracht’ in 2016, nadat ze een experiment hadden uitgevoerd om protonen om te zetten in isotopen, varianten van chemische elementen. De onderzoekers observeerden hoe de protonen een isotoop bekend als lithium-7 veranderden in een onstabiel type atoom genaamd beryllium-8.

3. Prof. Attila Krasnahorkai (rechts)

Toen beryllium-8 verviel, ontstonden paren elektronen en positronen die elkaar afstoten, waardoor de deeltjes onder een hoek naar buiten vlogen. Het team verwachtte een verband te zien tussen de lichtenergie die wordt uitgezonden tijdens het vervalproces en de hoeken waaronder de deeltjes uit elkaar vliegen. In plaats daarvan weken de elektronen en positronen bijna zeven keer vaker 140 graden af ​​dan hun modellen voorspelden – een onverwacht resultaat.

“Al onze kennis van de zichtbare wereld kan worden beschreven met behulp van het zogenaamde standaardmodel van de deeltjesfysica”, schrijft Krasnagorkai. “Het levert echter geen deeltjes op die zwaarder zijn dan het elektron en lichter dan het muon, dat 207 keer zwaarder is dan het elektron. Als we een nieuw deeltje in het bovenstaande massavenster detecteren, zou dit wijzen op een nieuwe kracht die niet in het standaardmodel is opgenomen."

Het mysterieuze object wordt X17 genoemd vanwege de geschatte massa van 17 mega-elektronvolt (MeV), wat ongeveer 34 maal die van een elektron is. De onderzoekers observeerden het verval van tritium tot helium-4 en observeerden opnieuw een vreemde diagonale ontlading, wat duidde op een deeltje met een massa van ongeveer 17 MeV.

“Het foton bemiddelt de elektromagnetische kracht, het gluon bemiddelt de sterke kracht, en de W- en Z-bosonen bemiddelen de zwakke kracht”, legt Krasznahorkai uit.

“Ons deeltje X17 moet een nieuwe interactie bemiddelen, de vijfde. Het nieuwe resultaat verkleint de kans dat het eerste experiment eenvoudigweg toeval was of dat de resultaten een systematische fout veroorzaakten."

Donkere materie onder de voeten

Laten we vanuit het grote heelal, vanuit het mistige gebied van mysteries en mysteries van de grote natuurkunde, terugkeren naar de aarde. We worden hier geconfronteerd met een nogal verrassend probleem... met het zien en nauwkeurig weergeven van alles wat zich binnenin bevindt (4).

Enkele jaren geleden schreven we er in MT over mysterie van de kern van de aardedat er een paradox verbonden is aan de creatie ervan en dat het niet precies bekend is wat de aard en structuur ervan zijn. We hebben methoden zoals testen met seismische golven, slaagde er ook in een model te ontwikkelen van de interne structuur van de aarde, waarover wetenschappelijke overeenstemming bestaat.

echter Vergeleken met bijvoorbeeld verre sterren en sterrenstelsels is ons begrip van wat zich onder onze voeten bevindt zwak. We zien eenvoudigweg ruimtevoorwerpen, zelfs zeer verre. Hetzelfde kan niet gezegd worden voor de kern, mantellagen of zelfs diepere lagen van de aardkorst..

Alleen de meest directe onderzoeken zijn beschikbaar. Bergvalleien leggen rotsen tot enkele kilometers diep bloot. De diepste exploratieputten reiken tot een diepte van iets meer dan 12 km.

Informatie over gesteenten en mineralen die diepere stenen bouwen, wordt geleverd door xenolieten, d.w.z. fragmenten van rotsen die als gevolg van vulkanische processen uit de ingewanden van de aarde zijn gescheurd en weggevoerd. Op basis daarvan kunnen petrologen de samenstelling van mineralen bepalen tot een diepte van enkele honderden kilometers.

De straal van de aarde is 6371 km, wat een moeilijk pad blijkt te zijn voor al onze “penetrators”. Vanwege de enorme druk en temperaturen die ongeveer 5 graden Celsius bereiken, is het moeilijk te verwachten dat de diepste diepten in de nabije toekomst toegankelijk zullen worden voor directe observatie.

Dus hoe hebben we geleerd wat we weten over de structuur van het binnenste van de aarde? Dergelijke informatie wordt geleverd door seismische golven die worden gegenereerd door aardbevingen, d.w.z. elastische golven die zich voortplanten in een elastisch medium.

Ze hebben hun naam te danken aan het feit dat ze worden gegenereerd door slagen. Twee soorten elastische (seismische) golven kunnen zich voortplanten in een elastisch (bergachtig) medium: sneller - longitudinaal en langzamer - transversaal. De eerste zijn oscillaties van het medium die optreden langs de richting van de golfvoortplanting, terwijl ze bij transversale oscillaties van het medium loodrecht op de richting van de golfvoortplanting optreden.

Longitudinale golven worden eerst geregistreerd (Latijnse primae), en transversale golven worden als tweede geregistreerd (Latijnse secundae), vandaar hun traditionele markering in de seismologie: longitudinale golven p en transversale golven s. P-golven zijn ongeveer 1,73 keer sneller dan s-golven.

De informatie die door seismische golven wordt verstrekt, maakt het mogelijk een model van het binnenste van de aarde te construeren op basis van elastische eigenschappen. We kunnen andere fysieke eigenschappen bepalen op basis van zwaartekracht veld (dichtheid, druk), observatie magnetotellurische stromen gegenereerd in de aardmantel (verdeling van elektrische geleidbaarheid) of ontleding van de warmtestroom van de aarde.

De petrologische samenstelling kan worden bepaald op basis van vergelijking met laboratoriumonderzoek naar de eigenschappen van mineralen en gesteenten onder omstandigheden van hoge druk en temperatuur.

De aarde straalt warmte uit en het is onbekend waar deze vandaan komt. Onlangs is er een nieuwe theorie naar voren gekomen met betrekking tot de meest ongrijpbare elementaire deeltjes. Er wordt aangenomen dat de natuur belangrijke aanwijzingen kan verschaffen voor het mysterie van de hitte die van binnenuit onze planeet uitstraalt. neutrino - deeltjes met een extreem kleine massa - uitgezonden door radioactieve processen die plaatsvinden in de ingewanden van de aarde.

De belangrijkste bekende bronnen van radioactiviteit zijn het onstabiele thorium en kalium - zoals we weten uit gesteentemonsters tot 200 km onder het aardoppervlak. Wat er dieper ligt, is niet meer bekend.

We weten het geoneutrino de stoffen die vrijkomen tijdens het verval van uranium hebben meer energie dan de stoffen die vrijkomen tijdens het verval van kalium. Door de energie van geoneutrino’s te meten, kunnen we dus achterhalen uit welk radioactief materiaal ze afkomstig zijn.

Helaas zijn geoneurino's erg moeilijk te detecteren. Daarom was voor hun eerste waarneming in 2003 een enorme ondergrondse detector nodig, gevuld met ca. ton vloeistof. Deze detectoren meten neutrino’s door botsingen met atomen in een vloeistof te detecteren.

Sindsdien zijn geoneurino's slechts in één experiment waargenomen met behulp van vergelijkbare technologie (5). Beide metingen laten dat zien Ongeveer de helft van de aardwarmte door radioactiviteit (20 terawatt) kan worden toegeschreven aan het verval van uranium en thorium. De bron van de resterende 50%... het is nog steeds onbekend wat.

5. Modelkaart van de intensiteit van geoneutrino-emissies op aarde - voorspellingen

In juli 2017 is begonnen met de bouw van het gebouw, ook wel bekend als DUINvoltooiing gepland rond 2024. De faciliteit zal bijna 1,5 km ondergronds worden gevestigd in de voormalige Homestack, South Dakota.

Wetenschappers zijn van plan DUNE te gebruiken om de belangrijkste vragen in de moderne natuurkunde te beantwoorden door zorgvuldig neutrino's te bestuderen, een van de minst begrepen fundamentele deeltjes.

In augustus 2017 publiceerde een internationaal team van wetenschappers een artikel in het tijdschrift Physical Review D waarin een nogal innovatief gebruik van DUNE als scanner werd voorgesteld om het binnenste van de aarde te bestuderen. Naast seismische golven en putten zou er een nieuwe methode worden toegevoegd voor het bestuderen van het binnenste van de planeet, die ons misschien een geheel nieuw beeld ervan zou laten zien. Dit is echter voorlopig slechts een idee.

Vanuit kosmische donkere materie hebben we het binnenste van onze planeet bereikt, dat voor ons niet minder donker is. en de ondoorzichtigheid van deze dingen is verontrustend, maar niet zo erg als de zorg dat we niet alle objecten kunnen zien die zich relatief dicht bij de aarde bevinden, vooral degenen die er op ramkoers mee zijn.

Dit is echter een iets ander onderwerp, dat we onlangs in MT uitgebreid hebben besproken. Onze wens om observatiemethoden te ontwikkelen is in alle contexten volledig gerechtvaardigd.