Hvad er der galt?

click fraud protection

Vi er omgivet af stof. Faktisk er vi sag. Alt, hvad vi registrerer i universet, er også stof. Det er så grundlæggende, at vi ganske enkelt accepterer, at alt er lavet af materie. Det er den grundlæggende byggesten til alting: liv på Jorden, planeten vi lever på, stjernerne og galakser. Det er typisk defineret som noget, der har masse og optager et rumfang.

Byggestenes stof kaldes "atomer" og "molekyler." De er også sagen. Det spørgsmål, vi normalt kan opdage, kaldes "baryonisk" sag. Der er dog en anden type stof derude, som ikke kan opdages direkte. Men dens indflydelse kan. Det hedder mørkt stof.

Normalt spørgsmål

Det er let at studere normal stof eller "baryonisk sag". Det kan opdeles i subatomære partikler kaldet leptoner (for eksempel elektroner) og kvarker (byggestenene til protoner og neutroner). Det er disse, der udgør atomer og molekyler, som er komponenterne i alt fra mennesker til stjerner.

Illustration af en atomkerne som en række røde og hvide cirkler, der kredses af elektroner repræsenteret af hvide cirkler.
Computerillustration af en atommodel, der indeholder atomer, protoner, neutroner og elektroner. Dette er byggestenene i normal stof.Science Photo Library / Getty Images
instagram viewer

Normal stof er lysende, det vil sige, den interagerer elektromagnetisk og tyngdekraft med andre stoffer og med stråling. Det skinner ikke nødvendigvis, som om vi tænker på en stjerne, der skinner. Det kan aflade anden stråling (såsom infrarød).

Et andet aspekt, der kommer op, når sagen diskuteres, er noget, der kaldes antimaterie. Tænk på det som det modsatte af normal stof (eller måske et spejlbillede) af det. Vi hører ofte om det, når forskere taler om stof / antistof-reaktioner som strømkilder. Den grundlæggende idé bag antimateriale er, at alle partikler har en antipartikel, der har den samme masse, men modsat drejning og ladning. Når stof og antimateriale kolliderer, ødelægger de hinanden og skaber ren energi i form af gammastråler. Denne skabelse af energi, hvis den kunne udnyttes, ville give enorme mængder af magt til enhver civilisation, der kunne finde ud af, hvordan man gør det sikkert.

Mørkt stof

I modsætning til normalt stof er mørkt stof materiale, der ikke er lysende. Det vil sige, det interagerer ikke elektromagnetisk, og det ser derfor mørkt ud (dvs. det vil ikke reflektere eller afgive lys). Den nøjagtige natur af mørkt stof er ikke kendt, skønt dens virkning på andre masser (såsom galakser) er blevet bemærket af astronomer som Dr. Vera Rubin og andre. Imidlertid kan dens tilstedeværelse detekteres af den tyngdekrafteffekt, den har på normal stof. F.eks. Kan dens tilstedeværelse begrænse bevægelsen af ​​stjerner i en galakse for eksempel.

mørke stoffer klatter
Mørkt stof i universet. Kan det være lavet af WIMP'er? Dette Hyper Suprime-Cam-billede viser et lille (14 bue minut med 9,5 bue minut) galakse klynger med konturerne af en koncentration af mørkt stof og en del af en anden, der spores ud med konturlinjer.Subaru-teleskop / National Astronomical Observatory of Japan

I øjeblikket er der tre grundlæggende muligheder for "ting", der udgør mørkt stof:

  • Kold mørk stof (CDM): Der er en kandidat, der kaldes den svagt interagerende massive partikel (WIMP), der kunne være grundlaget for koldt mørkt stof. Forskere ved imidlertid ikke meget om det, eller hvordan det kunne være dannet tidligt i universets historie. Andre muligheder for CDM-partikler inkluderer aksioner, men de er dog aldrig blevet detekteret. Endelig er der MACHO'er (MAssive Compact Halo Objects). De kunne forklare den målte masse af mørkt stof. Disse genstande inkluderer sorte huller, gammel neutronstjerner og planetariske objekter som alle er ikke-lysende (eller næsten så) men stadig indeholder en betydelig mængde masse. Disse ville nemt forklare mørke stoffer, men der er et problem. Der skulle være en masse af dem (mere end forventet i betragtning af alderen på visse galakser), og deres distribution ville være utroligt godt spredt over hele universet for at forklare den mørke stof, som astronomer har fundet "derude." Så kolde, mørke stof forbliver et "arbejde i fremskridt."
  • Varm mørk stof (WDM): Dette menes at være sammensat af sterile neutrinoer. Dette er partikler, der ligner normale neutrinoer, bortset fra at de er meget mere massive og ikke interagerer via den svage kraft. En anden kandidat til WDM er gravitino. Dette er en teoretisk partikel, der ville eksistere, hvis teorien om overgravitet - en blanding af generel relativitet og supersymmetri - vinder trækkraft. WDM er også en attraktiv kandidat til at forklare mørkt stof, men eksistensen af ​​enten sterile neutrinoer eller gravitinos er i bedste fald spekulativ.
  • Varm mørk stof (HDM): Partiklerne, der betragtes som varme mørke stoffer, findes allerede. De kaldes "neutrinoer". De rejser kl næsten lysets hastighed og ikke "klump" sammen på måder, som vi projicerer mørk stof ville. I betragtning af at neutrinoen næsten er masseløs, ville det være nødvendigt med en utrolig mængde af dem for at udgøre den mængde mørkt stof, der vides at eksistere. En forklaring er, at der er en endnu ikke-påvist type eller smag af neutrino, der ville svare til dem, der allerede er kendt for at eksistere. Dog ville det have en markant større masse (og dermed måske lavere hastighed). Men dette vil sandsynligvis være mere ligner varm mørk stof.

Forbindelsen mellem stof og stråling

Materie findes ikke nøjagtigt uden indflydelse i universet, og der er en mærkelig forbindelse mellem stråling og stof. Denne forbindelse blev ikke godt forstået før i begyndelsen af ​​det 20. århundrede. Det var da Albert Einstein begyndte at tænke på forbindelsen mellem stof og energi og stråling. Her er hvad han kom frem til: ifølge hans relativitetsteori er masse og energi ækvivalente. Hvis nok stråling (lys) kolliderer med andre fotoner (et andet ord for lette "partikler") med tilstrækkelig høj energi, kan der skabes masse. Denne proces er, hvad forskere studerer i gigantiske laboratorier med partikelopkaldere. Deres arbejde dykker dybt ned i materiens hjerte og søger de mindste partikler, der vides at eksistere.

Så selvom stråling ikke eksplicit betragtes som materie (den har ikke masse eller besætter volumen, i det mindste ikke på en veldefineret måde), er den forbundet med materie. Dette skyldes, at stråling skaber stof og stof skaber stråling (som når materie og antimateriale kolliderer).

Mørk energi

At tage materie-stråling forbindelsen et skridt videre, foreslår teoretikere også, at der findes en mystisk stråling i vores univers. Det hedder mørk energi. Dets natur forstås slet ikke. Måske når mørk stof forstås, vil vi også forstå naturen af ​​mørk energi.

Redigeret og opdateret af Carolyn Collins Petersen.

instagram story viewer