ما هي المادة المظلمة؟

رأس المادة المظلمة

الفيزياء فريدة من نوعها في العالم العلمي ، من حيث أن اعتمادها على الرياضيات يعني أنها يمكن أن تتوصل إلى إجماع واسع حول الأمور مع القليل من الأدلة المتاحة. في علم الأرض ، لا يمكن لجبل حقيقي من الأدلة أن يدفن بشكل كامل قضية الاحتباس الحراري ، وحتى مع اقتناع الغالبية العظمى من العلماء الآن ، لا تزال أقلية صاخبة معارضة. ومع ذلك ، في حالة الفيزياء والمادة المظلمة ، وهي مادة تُعرَّف على أنها محصنة فعليًا من الملاحظة ، لا يوجد من ينكر المادة المظلمة ذات مغزى. إذن ما هي المادة المظلمة ، وكيف توصلت الفيزياء إلى اتفاق قوي على فكرة أنها تشكل الغالبية العظمى من المادة في الكون؟

المادة ، النوع العادي الذي يتكون منه الغلاف الجوي ، تتفاعل الشمس وبلوتو ودونالد ترامب مع الكون بعدة طرق. تمتص ، وفي كثير من الحالات تنبعث منها ، الإشعاع الكهرومغناطيسي في شكل أشعة غاما ، والضوء المرئي ، والأشعة تحت الحمراء ، وأكثر من ذلك. يمكن أن تولد مجالات مغناطيسية من مختلف الأنواع والقوة. والمادة لها كتلة ، تخلق قوة الجاذبية ، ويمكن ملاحظة آثارها بسهولة. كل هذه الأشياء تجعل المادة مريحة للدراسة ، ولا سيما تفاعلاتها مع الضوء. حتى الثقب الأسود الذي لا ينبعث منه ضوء ، كتل الضوء عن طريق امتصاصه - ولكن ماذا لو كان الضوء القادم من خلف ثقب أسود يمر ببساطة من خلاله إلى عدسات التلسكوب لدينا؟ كيف نحنأبدا لقد أثبتوا وجود ثقب أسود في هذه الحالة؟



في عام 2009 ، نشر بحث المادة المظلمة المبردة دليلًا على المراقبة المباشرة للمادة المظلمة ، لكن النتائج ليست نهائية.

البحث عن المادة المظلمة المبردة.



هذا هو الوضع الذي يواجهه الفيزيائيون مع المادة المظلمة. لا يبدو أن المادة المظلمة تتفاعل مع المجال الكهرومغناطيسي الشامل على الإطلاق - أي أنها لا تمتص أو تبعث ضوءًا من أي نوع. في الواقع ، يبدو أن المادة المظلمة تتفاعل مع الكون فقط كما يمكننا ملاحظتها من خلال قوة فيزيائية واحدة: الجاذبية. لذلك ، في حالة ثقبنا الأسود غير المرئي ، ربما تمكنا من ملاحظته من خلال رؤية كيف كان الضوء القادم إلينا من قسم معين من السماء هيبالنسبة لتوقعاتنا ، فقد انحرفت قليلاً عن المسار عن طريق المرور بالقرب من جسم مما أدى إلى ثني سطح الزمكان الذي يمر به. من خلال جمع ما يكفي من ملاحظات انحناء الضوء ، يمكن للعلماء على الأرجح معرفة موقع وحتى كتلة التفرد غير المرئي.

ومع ذلك ، فإن دراسة المادة المظلمة أصعب من دراستها ذلك، لأنه لا يتجمع بشكل ملائم في كرات فائقة الكثافة مثل النجوم والثقوب السوداء - سيكون ذلك سهلاً للغاية. بدلاً من ذلك ، تقول النظرية الأساسية للمادة المظلمة أنها مصنوعة من جسيمات افتراضية تسمى الجزيئات الضخمة المتفاعلة الضعيفة (WIMPs) ، والتي تُفهم جيدًا كما يوحي اسمها الشامل. لا يبدو أن WIMPs تتفاعل معهابعضهم البعضمن خلال أي شيء أكثر من الجاذبية ، وهذا يعني أن المادة المظلمة لا تندمج لتكوّن جزيئات أكبر أو أكثر تعقيدًا ، وتبقى في حالة بسيطة وشديدة الانتشار تشبه الغاز.



وهكذا ، فإن تأثير جاذبية المادة المظلمة منتشر للغاية ، واتضح أنه لا يمكن ملاحظته إلا عندما ننظر إلى التوزيع الواسع النطاق للمادة المرئية في الكون - أشياء مثل العناقيد المجرية الفائقة ، والفراغات الفائقة المقابلة. من المفترض أنه بعد انفجار Bing ، كانت خصائص المادة المظلمة ستدفعها إلى الاستقرار بسرعة أكبر بكثير من المادة العادية ، والانتقال من سحابة غاز موحدة تمامًا إلى شبكة متكتلة إلى حد ما من السحب الصغيرة والمحلاق المتصلة. يمكن أن تمتد هذه المحلاق عبركون؛ يُعتقد أن توزيع المادة المظلمة بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم قد وجه المكان الذي تتجمع فيه المادة العادية في النهاية ، وبالتالي أين وكيف تشكلت المجرات.

محاكاة لتوزيع المادة المظلمة يصنعها ويخرجها حاسوب عملاق.

محاكاة لتوزيع المادة المظلمة يصنعها ويخرجها حاسوب عملاق.

لذلك ، فهي ليست غير مرئية فحسب ، بل إن تأثيرات إمكانات الجاذبية للمادة المظلمة مترامية الأطراف فيزيائيًا بحيث يصعب قياسها. الضوء الصادر من نجم واحد لن ينحني بشكل ملموس بواسطة المادة المظلمة في الوصول إلينا ، كما كان في مرور الثقب الأسود غير المرئي ؛ ربما يكون هذا الضوء قد نشأ وانتقل عبره ووصل كل ذلك في متناول خيط عالمي واحد من المادة المظلمة غير المرئية. إذن: كيف توصل الفيزيائيون إلى فكرة المادة المظلمة في المقام الأول؟



الجواب هو أن الجاذبية تؤثر على كل شيء ، على جميع المستويات ، وفقًا للصيغ الأساسية نفسها. لذلك ، بدأ العلماء يلاحظون أنه عندما أخذوا نظرة أكبر وأوسع نطاقًا على الكون ، قدمت صيغ الجاذبية هذه تنبؤات خاطئة بشكل متزايد. في وقت مبكر من ثلاثينيات القرن الماضي ، اكتشف فيتز زويكي أن المجرات في عنقود الكوما كانت تتحرك كما لو كانت تخضع لقوة جاذبية أكبر بكثير مما يمكن تفسيره من خلال حساب بسيط للمادة الطبيعية التي يمكننا رؤيتها. بعد عقود ، لاحظت فيرا روبن أن النجوم في المجرات الحلزونية تدور حول مركز المجرة أسرع بكثير مما ينبغي ، مما أدى إلى دراسات لاحقة تظهر أن المجرات الحلزونية يجب أن تتكون من حوالي ستة أضعاف الكتلة المظلمة من النوع العادي.

خريطة إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف.

خريطة إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف.

لكن الدليل المقنع حقًا لم يأتِ حتى ظهور تقنيات مثل العدسة التثاقلي الضعيف ، والقدرة على قراءة إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف (CMB). تتيح عدسة الجاذبية رؤية فائقة وفائقة ممتاز نسخة واسعة النطاق من مشاهدة الضوء ينحني حول ثقبنا الأسود غير المرئي. إنه يتغلب على مشكلة المقياس مع ... مقياس أكبر ، يراقب كيف ينحني الضوء الذي تم جمعه من مليارات النجوم المتجمعة أثناء انتقاله عبر أجزاء كبيرة من قطر الكون المعروف. وأكد عدد من خرائط CMB الدقيقة بشكل متزايد والتي تم إجراؤها بين الستينيات والألفين وجود تناقضات مماثلة في حركة الكتلة في وقت مبكر من تاريخ الكون.

تمت محاولة المراقبة المباشرة لـ WIMPs ، لكن لم يتم تأكيدها مطلقًا. في عام 2009 ، نشر بحث المادة المظلمة المبردة دليلًا على المراقبة المباشرة للمادة المظلمة ، لكن النتائج ليست نهائية. كل الأدلة تقول الآن أن شيئًا يشبه إلى حد كبير المفهوم الحديث للمادة المظلمة يجب أن يوجد.

وقد أنتجت حسابات الكمية التي ستكون ضرورية من هذا الشيء بالضبط لخلق التناقضات الملحوظة بعض ... الأرقام المثيرة للإعجاب. وفقًا للتقديرات الحديثة ، يتكون الكون من حوالي 5٪ فقط من المادة والطاقة العادية ، وحوالي 27٪ من المادة المظلمة ، أو أكثر من خمسة أضعاف ذلك. يُعتقد أن نسبة 68٪ المتبقية من الكون مظلمة الطاقة - موضوع ليوم آخر. النقطة المهمة هي أن كوننا لم يتم تعديله فقط من خلال تأثير المادة المظلمة ، لقد كان كذلكيعرف بهذا التأثير. درب التبانة هو ما وأين توجد مجرة ​​درب التبانة ، بسبب تأثير الجاذبية المبكر للمادة المظلمة.

يعد ATLAS بالتأكيد أكثر تجارب LHC فرضًا بصريًا.

المصادم LHC الذي تمت ترقيته هو أفضل رهان لنا لفهم المادة المظلمة.

بالطبع ، أصبحت الأمور أكثر تعقيدًا قليلاً مما تم وصفه أعلاه. قبل أشهر فقط ، فريق واحد أعلن ذلكربما لوحظ أن المادة المظلمة تتفاعل مع نفسها بطريقة ما خلال حادث تصادم هائل متعدد المجرات. قد يعني هذا نوعًا أكثر ثراءً من الفيزياء المظلمة ، وربما حتى الآن لإنشاء نوع من الكيمياء المظلمة! يستخدم بعض الفيزيائيين عبارة 'العالم المظلم' أو حتى 'القطاع المظلم' لوصف هذا الكون الفضائي الكبير الحجم والذي يبدو أنه موجود تقريبًا بالتوازي مع عالمنا.

المرشح الأكثر احتمالا لإنتاج مزيد من التبصر في المادة المظلمة هو مصادم الهادرونات الكبير ، والذيأعيد فتحه مؤخرًا بعد ترقيات كبيرة في الطاقة. مع طاقات تجريبية تتجاوز الآن 13 تيرا إلكترون فولت (TeV) ، قد يكون المصادم LHC الجديد والمحسّن قادرًا على تحطيم الجسيمات معًا بعنف بما يكفي لتوفير رؤية حقيقية حول WIMPs ، أو ربما حتى دحض وجودها. كان العثور على المادة المظلمة أحد الدوافع الرئيسية للترقيات ؛ إنه مجال مهم للدراسة في الفيزياء ، حيث يواصل علماء الفلك تقديم دليل على أن عالمنا ليس سوى جزء صغير من الخليقة.

تحقق من سلسلة 2007es.com Explains الخاصة بنا لمزيد من التغطية المتعمقة.

Copyright © كل الحقوق محفوظة | 2007es.com