W czym rzecz?

Jesteśmy otoczeni materią. W rzeczywistości mamy znaczenie. Wszystko, co wykrywamy we wszechświecie, jest również materią. Jest to tak fundamentalne, że po prostu akceptujemy, że wszystko jest zrobione z materii. Jest to fundamentalny element wszystkiego: życie na Ziemi, planeta, na której żyjemy, gwiazdy i galaktyki. Zazwyczaj definiuje się go jako wszystko, co ma masę i zajmuje dużo miejsca.

Elementy budulcowe materii nazywane są „atomami” i „cząsteczkami”. Oni też są materią. Materia, którą normalnie możemy wykryć, nazywa się materią „barionową”. Istnieje jednak inny rodzaj materii, którego nie można bezpośrednio wykryć. Ale jego wpływ może. To jest nazwane Ciemna materia.

Łatwo jest badać normalną materię lub „materię barionową”. Można go rozbić na cząsteczki subatomowe zwane leptonami (na przykład elektronami) i kwarkami (budulcami protonów i neutronów). To właśnie tworzą atomy i cząsteczki, które są składnikami wszystkiego, od ludzi po gwiazdy.

Normalna materia jest świetlista, to znaczy oddziałuje elektromagnetycznie i grawitacyjnie z inną materią i z nią promieniowanie. Niekoniecznie świeci tak, jak myślimy o świecącej gwiazdy. Może emitować inne promieniowanie (takie jak podczerwień).

Kolejnym aspektem, który pojawia się podczas dyskusji o materii, jest coś, co nazywa się antymaterią. Pomyśl o tym jak o odwrocie normalnej materii (lub może jego odbicie lustrzane). Często o tym słyszymy, gdy mówią o nim naukowcy reakcje materii / antymaterii jako źródła energii. Podstawową ideą antymaterii jest to, że wszystkie cząstki mają anty-cząstkę, która ma tę samą masę, ale przeciwny spin i ładunek. Kiedy materia i antymateria zderzają się, niszczą się nawzajem i wytwarzają czystą energię w postaci promienie gamma. To wytwarzanie energii, gdyby można ją było wykorzystać, zapewniłoby ogromne ilości energii każdej cywilizacji, która mogłaby wymyślić, jak to zrobić bezpiecznie.

W przeciwieństwie do normalnej materii ciemna materia jest materiałem, który nie świeci. Oznacza to, że nie wchodzi w interakcje elektromagnetyczne i dlatego wydaje się ciemny (tj. Nie odbija ani nie emituje światła). Dokładna natura ciemnej materii nie jest dobrze znana, chociaż jej wpływ na inne masy (takie jak galaktyki) został zauważony przez astronomowie tacy jak Dr. Vera Rubin i inni. Jego obecność można jednak wykryć na podstawie działania grawitacyjnego, jaki wywiera na normalną materię. Na przykład jego obecność może na przykład ograniczać ruchy gwiazd w galaktyce.

Obecnie istnieją trzy podstawowe możliwości tworzenia „rzeczy” tworzących ciemną materię:

• Zimna ciemna materia (CDM): Istnieje jeden kandydat zwany słabo oddziałującą masywną cząsteczką (WIMP), która może być podstawą zimnej ciemnej materii. Jednak naukowcy nie wiedzą zbyt wiele na ten temat ani o tym, jak mógł powstać na początku historii wszechświata. Inne możliwości cząstek CDM obejmują osie, jednak nigdy ich nie wykryto. Wreszcie są MACHO (MAssive Compact Halo Objects), które mogłyby wyjaśnić zmierzoną masę ciemnej materii. Te obiekty obejmują czarne dziurystarożytny gwiazdy neutronowe i obiekty planetarne które nie są świecące (lub prawie takie), ale nadal zawierają znaczną ilość masy. Wygodnie wytłumaczyliby ciemną materię, ale jest problem. Musiałoby ich być dużo (więcej niż można by się spodziewać, biorąc pod uwagę wiek niektórych galaktyk), a ich rozkład musiałby być niesamowicie dobrze rozłożone w całym wszechświecie, aby wyjaśnić ciemną materię, którą astronomowie znaleźli „tam”. Tak więc zimna ciemna materia pozostaje „pracą” postęp."
• Ciepła ciemna materia (WDM): Uważa się, że składa się ze sterylnych neutrin. Są to cząstki podobne do normalnych neutrin, z wyjątkiem faktu, że są znacznie masywniejsze i nie wchodzą w interakcje poprzez słabą siłę. Kolejnym kandydatem na WDM jest gravitino. Jest to teoretyczna cząstka, która istniałaby, gdyby teoria supergrawitacji - połączenie ogólna teoria względności i supersymetria - zyskaj przyczepność. WDM jest również atrakcyjnym kandydatem do wyjaśnienia ciemnej materii, ale istnienie sterylnych neutrin lub grawitinów jest w najlepszym razie spekulacyjne.
• Gorąca ciemna materia (HDM): Cząstki uważane za gorącą ciemną materię już istnieją. Nazywa się je „neutrinami”. Podróżują o prawie prędkość światła i nie „zbijamy się” w sposób, w jaki rzutowalibyśmy ciemną materię. Biorąc również pod uwagę, że neutrino jest prawie bezmasowe, niewiarygodna ich ilość byłaby potrzebna do uzupełnienia ilości znanej ciemnej materii. Jednym z wyjaśnień jest to, że istnieje jeszcze niewykryty typ lub smak neutrina, który byłby podobny do tych, o których wiadomo, że istnieją. Miałby jednak znacznie większą masę (a zatem być może wolniejszą prędkość). Ale prawdopodobnie byłby bardziej podobny do ciepłej ciemnej materii.

Materia nie istnieje dokładnie bez wpływu we wszechświecie i istnieje ciekawy związek między promieniowaniem a materią. Związek ten nie był dobrze zrozumiany aż do początku XX wieku. Właśnie wtedy Albert Einstein zaczął myśleć o związku między materia oraz energia i promieniowanie. Oto, co wymyślił: zgodnie z jego teorią względności masa i energia są równoważne. Jeśli wystarczająca ilość promieniowania (światło) zderzy się z innymi fotonami (inne słowo określające „cząstki” światła) o wystarczająco wysokiej energii, można wytworzyć masę. Ten proces badają naukowcy w gigantycznych laboratoriach ze zderzaczami cząstek. Ich praca zagłębia się głęboko w serce materii, szukając najmniejszych cząstek, o których wiadomo, że istnieją.

Tak więc, chociaż promieniowanie nie jest jednoznacznie uważane za materię (nie ma masy ani nie zajmuje objętości, przynajmniej nie w ściśle określony sposób), jest związane z materią. Dzieje się tak, ponieważ promieniowanie tworzy materię, a materia wytwarza promieniowanie (tak jak wtedy, gdy zderzają się materia i antymateria).

Idąc krok dalej połączenie materii z promieniowaniem, teoretycy sugerują również, że istnieje w nas tajemnicze promieniowanie wszechświat. To jest nazwane ciemna energia. Jego natura w ogóle nie jest zrozumiana. Być może kiedy zrozumiemy ciemną materię, zrozumiemy również naturę ciemnej energii.

Edytowane i zaktualizowane przez Carolyn Collins Petersen.