暗黒物質。 XNUMXつの宇宙論的問題

宇宙規模での物体の動きは、古き良きニュートンの理論に従います。 しかし、30年代にフリッツ・ツビッキーが発見され、その後、見かけの質量よりも速く回転する遠方の銀河が多数観測されたことから、天文学者や物理学者は暗黒物質の質量を計算するようになりました。これは、利用可能な観測範囲では直接決定できません。 。 私たちのツールに。 法案は非常に高いことが判明しました-現在、宇宙の質量のほぼ27％が暗黒物質であると推定されています。 これは、私たちの観察で利用できる「通常の」問題のXNUMX倍以上です。

残念ながら、素粒子はこの謎めいた質量を構成する粒子の存在を予見していないようです。 これまで、衝突する加速器でそれらを検出したり、高エネルギービームを生成したりすることはできませんでした。 科学者の最後の望みは、暗黒物質を構成する可能性のある「ステライルニュートリノ」の発見でした。 ただし、これまでのところ、それらを検出する試みも成功していません。

ダークエネルギー

90 年代に宇宙の膨張が一定ではなく加速していることが発見されて以来、今回は宇宙のエネルギーを計算に追加する必要がありました。 この加速を説明するために、追加のエネルギー（つまり、特殊相対性理論によればそれらは同じであるため、質量）-つまり暗黒エネルギー - 宇宙の約 68% を占めるはずです。

それは、宇宙のXNUMX分のXNUMX以上が構成されていることを意味します…地獄は何を知っていますか！ なぜなら、暗黒物質の場合のように、私たちはその性質を捉えたり探索したりすることができなかったからです。 これは真空のエネルギーであり、量子効果の結果として「何もないところから」粒子が現れるのと同じエネルギーであると考える人もいます。 他の人は、それが自然の第XNUMXの力である「真髄」であると示唆しています。

宇宙原理がまったく機能せず、宇宙が不均一で、地域ごとに密度が異なり、これらの変動が宇宙の加速膨張の錯覚を引き起こすという仮説もあります。 このバージョンでは、ダークエネルギーの問題は単なる幻想です。

アインシュタインは彼の理論に導入し、その後、概念を削除しました 宇宙定数ダークエネルギーに関連付けられています。 この概念は、宇宙定数の概念を置き換えようとした量子力学理論家によって継続されました 量子真空場エネルギー。 しかし、この理論は10を与えました¹²⁰ 私たちが知っている速度で宇宙を拡大するために必要なエネルギーよりも多くのエネルギー...

インフレ

Теория 宇宙のインフレーション それは多くのことを十分に説明しますが、小さな (まあ、誰にとっても小さな問題ではありません) 問題を引き起こします。これは、その存在の初期には、その膨張率が光速よりも速かったことを示唆しています。 これは、宇宙物体の現在目に見える構造、それらの温度、エネルギーなどを説明するでしょう。しかし、要点は、この古代の出来事の痕跡はこれまで発見されていないということです.

ロンドンのインペリアルカレッジ、ロンドン、ヘルシンキ大学、コペンハーゲン大学の研究者は、2014年に物理レビューレターで、重力が宇宙の発達の初期に深刻なインフレを経験するために必要な安定性をどのように提供したかを説明しました。 チームは分析しました ヒッグス粒子と重力の間の相互作用。 科学者たちは、このタイプの小さな相互作用でさえ宇宙を安定させ、大惨事からそれを救うことができることを示しました。

渦巻銀河M33の回転速度のグラフ

「科学者が素粒子の性質とそれらの相互作用を説明するために使用する素粒子物理学の標準モデルは、ビッグバンの直後に宇宙が崩壊しなかった理由の質問にまだ答えていません」と教授は言いました。 Artu Rajanti インペリアルカレッジの物理学部から。 「私たちの研究では、標準模型の未知のパラメーター、つまりヒッグス粒子と重力の間の相互作用に焦点を当てました。 このパラメータは粒子加速器実験では測定できませんが、膨張段階でのヒッグス粒子の不安定性に強い影響を及ぼします。 このパラメータの小さな値でも、生存率を説明するのに十分です。」

クエーサーに照らされた暗黒物質の網

一部の学者は、インフレが始まると、止めるのは難しいと信じています。 彼らは、その結果は、私たちの宇宙から物理的に分離された新しい宇宙の創造であったと結論付けています。 そして、このプロセスは今日まで続きます。 多元宇宙はまだインフレのラッシュで新しい宇宙を生み出しています。

光速の一定の原理に戻ると、一部のインフレーション理論家は、光速は確かに厳密な限界であるが、一定ではないと示唆しています。 初期の時代にはそれはより高く、インフレを考慮に入れていました。 今は落ち続けていますが、ゆっくりと気づきません。

相互作用の組み合わせ

普通の物質、暗黒物質、暗黒エネルギーの現在のバランス

標準模型は、XNUMX種類の自然の力を統合しますが、すべての科学者が満足するように弱い相互作用と強い相互作用を統合するわけではありません。 重力は脇にあり、素粒子の世界の一般的なモデルにはまだ含めることができません。 重力を量子力学と調和させようとすると、計算に非常に多くの無限大が導入され、方程式の値が失われます。

重力の量子論 等価原理から知られている、重力質量と慣性質量の間の接続を切断する必要があります（記事「宇宙のXNUMXつの原理」を参照）。 この原則への違反は、現代物理学の構築を弱体化させます。 したがって、すべてについての夢の理論への道を開くそのような理論は、これまでに知られている物理学を破壊する可能性もあります。

重力は弱すぎて量子相互作用の小規模では目立たないが、量子現象の力学に違いをもたらすのに十分なほど強くなる場所がある。 これ ブラックホール。 しかし、その周辺で発生する現象はまだほとんど研究されていません。

宇宙の設定

標準模型では、粒子の世界で発生する力と質量の大きさを予測することはできません。 これらの量については、データを測定して理論に追加することで学習します。 科学者たちは、測定値のわずかな違いだけで宇宙を完全に異なって見えるようにするのに十分であることを常に発見しています。

たとえば、私たちが知っているすべてのものの中で安定した物質を維持するために必要な最小の質量を持っています。 暗黒物質とエネルギーの量は、銀河の形成のために注意深くバランスが取れています。

宇宙のパラメータを調整する際の最も不可解な問題のXNUMXつは 反物質に対する物質の利点これにより、すべてが安定して存在できるようになります。 標準模型によれば、同じ量の物質と反物質が生成されるべきです。 もちろん、私たちの観点からは、物質に利点があるのは良いことです。なぜなら、等しい量は、両方のタイプの物質の絶滅の激しい爆発によって揺さぶられる宇宙の不安定さを意味するからです。

宇宙の膨張と収縮を伴う多元宇宙の可視化

測定問題

ソリューション 測定 量子オブジェクト 波動関数の崩壊を意味します。つまり、XNUMXつ（「生きているか死んでいるか」の不確定な状態にあるシュレディンガーの猫）からXNUMXつ（猫に何が起こったのかを知っています）への状態の「変化」を意味します。

測定の問題に関連するより大胆な仮説の XNUMX つは、「多くの世界」の概念です。これは、測定時に選択する可能性です。 世界は刻一刻と分かれています。 ですから、猫のいる箱を覗く世界と、猫のいる箱を覗かない世界があります...最初に-猫が住んでいる世界、またはその世界彼が住んでいない場所など d。

彼は量子力学に何かがひどく間違っていると信じていました、そして彼の意見は軽視されるべきではありませんでした。

XNUMXつの主な相互作用