Görünmez, var olmayan anlamına mı geliyor?
"Fizik yapmaya gerçekten başladığımda, tüm düşüncelerin netleştiği bir an vardı ve daha önce hiç keşfedilmemiş şeyleri görürdünüz. Bu duygu inanılmazdı."
-Lisa Randall66 milyon yıl önce, tarihin en korkunç devi olan Tyrannosaurus rex yeryüzünde çok fazlaydı. 3,5 metreden uzun, 12,3 metreden uzun ve 14 metrik tona kadar ağırlığa sahipler ve dinozor dünyasında sıkı bir şekilde kral konumunu işgal ediyorlar. Bununla birlikte, bu eski kral ne kadar güçlü olursa olsun, doğanın gücüyle karşı karşıya kaldığında, o kadar küçüktür ki, onunla savaşmaya hakkı yoktur.
O sırada, yaklaşık 10 kilometre genişliğindeki yabancı bir cisim, doğrudan yeryüzüne çarparak, karayı yöneten dinozoru ve aynı zamanda türlerin% 75'ini yok etti. Yıkıcı felakete neden olan davetsiz misafir muhtemelen Oort Bulutsusu'ndan Neptün'ün yörüngesinden daha uzaktaki bir kuyruklu yıldızdı. Ama kuyruklu yıldızın neden sabit yörüngesinde rahatsız olduğu, böylece dünyaya doğru uçtuğu ve dinozorları "öldürdüğü", kimse kesin bir cevap veremez.
Lisa Randall, Tencent WE Konferansı'nda karanlık madde, dinozorlar ve beşinci boyut hakkında hikayeler paylaştı. | Resim kaynağı: Tencent WE Konferansı
Birçok "dedektif" arasında, Lisa Randall (Lisa Randall) en ilginç "şüphelilerden" birini kilitledi. Dünyanın ve güneşin durağan olmadığını biliyoruz, Samanyolu'nun merkezinde hareket edecekler. Güneş sistemi Samanyolu'nun orta düzleminden geçerken bir şüpheli ile karşılaştı. Karanlık madde Oluşan disk, güneş sisteminin kenarındaki gök cisimlerinin yörüngelerini değiştiren ve bu felaket olayına yol açan tam da bu karanlık maddedir.
Bu varsayımın doğru olup olmadığını bilmiyoruz, karanlık maddenin ne olduğunu bile bilmiyoruz. Ancak kesin olan şey şu ki, bu olay örgüsü bir bilim kurgu romanından değil, dünyanın en çok alıntı yapılan teorik fizikçilerinden biri olan Randal tarafından dikkatlice değerlendirildikten sonra ortaya atıldı. Harvard Üniversitesi'nde kadrolu bir profesör olan Randall, yetenek ve güzelliği birleştiren gerçek bir bilim adamıdır. 4 Kasım 2018'de Randall, Kip Thorne ve diğerleri, ekstra boyutlar ve karanlık madde hakkındaki hikayeleri bizimle paylaşmak için Tencent WE Konferansı'nda bir araya geldi.
Karanlık madde
Peki karanlık madde tam olarak nedir? En kısa cevap: Bilmiyorum. Dünyadaki birçok bilim insanı, uzaydaki yüksek enerjili parçacık dedektörleri, yerin derinliklerine gömülü dedektörler ve parçacık çarpıştırıcıları aracılığıyla karanlık maddenin izlerini arıyor Şimdiye kadar hiçbir ipucu bulunamadı. Sıradan optik araçlar, ışık yaymadıkları, yansıtmadıkları veya ışığı emmedikleri için onları bulamazlar.
Evrenin bileşimi: karanlık madde yaklaşık% 26,8, karanlık enerji yaklaşık% 68,3 ve tanıdık sıradan madde (gezegenler, yıldızlar vb.) Yalnızca% 4,9'dur. | Resim kaynağı: ESA / Planck
Onları bulamazsak, var olduklarından nasıl emin olabiliriz? Çünkü birçok astronomik gözlem ancak karanlık maddenin varlığında açıklanabilir. Örneğin, Galaksi dönüş eğrisi Galaksinin çevresindeki yıldızların ve gazın hareketinin çok hızlı olduğunu göreceğiz.Ekstra çekim sağlayacak karanlık madde yoksa, galaksi uzun zaman önce parçalanmış olurdu. Başka bir örnek olarak, uzaktaki ışık bize daha yakın bir galaksi kümesinden geçtiğinde, ışık Einstein'ın genel görelilik teorisine göre bükülecektir. Işığın bükülme derecesinden galaksi kümelerinin kütlesini çıkarabiliriz.Birçok gözlem, sadece büyük miktarda karanlık maddenin eğriliğin derecesini açıklayabileceğini gösteriyor.
İki galaksi kümesi daha büyük bir galaksi kümesi oluşturmak için çarpıştığında, galaksi kümesindeki gaz ısınır ve büyük miktarda X-ışını radyasyonu (pembe) yayar. Bilim, galaksi kümesindeki karanlık maddeyi (mavi) dolaylı olarak tespit etmek için kütleçekimsel mercekleme yöntemini kullanır.Herhangi bir engel olmaksızın, herhangi bir çarpışma veya kendi kendine etkileşim olmaksızın galaksi kümesinden geçeceklerdir. | Görüntü kaynağı: NASA / CXC / CFA / M. Markevitch et al.
Evrenin evrimsel tarihinde, karanlık madde de büyük ölçekli yapıların oluşumu için çok önemlidir. Bu nedenle, karanlık maddenin var olduğuna inanmak için birçok nedenimiz var, ancak yine de gerçek renklerini aramak ve ortaya çıkarmak için yeterli sabra ihtiyacımız var.
Samanyolu'nu çevreleyen Dark Matter Halo (Dark Matter Halo) ek bir yerçekimi kaynağı sağlar. | Resim kaynağı: ESA
Başta sorduğumuz soruya geri dönersek, karanlık madde gerçekten dinozorları öldürdü mü? Gökbilimciler Samanyolu'nun devasa, pürüzsüz ve dağınık bir karanlık maddeyle kaplı olduğuna inanıyor Allah Allah (Halo) ile çevrili. Dinozorların neslinin tükenmesini tetikleyen karanlık maddenin dağılımı, evrendeki çoğu karanlık maddeden çok farklı. Bu tür karanlık madde, karanlık madde halesini sağlam tutacak ve onların ayırt edici etkileşimleri, Samanyolu'nun tam orta düzleminde bir diske yoğunlaşmalarına neden olacaktır. Ortaya çıkan ince karanlık madde diski o kadar yoğun olabilir ki, güneş sistemi geçtiğinde, güneşin yörüngesinin galaksimizden geçerken yukarı ve aşağı salınmasına neden olacaktır.Bu nedenle, karanlık madde diskinin yerçekimi etkisi özellikle güçlü olacaktır.
Güneş Samanyolu düzleminden geçerken periyodik olarak yukarı ve aşağı hareket edecektir. | Resim kaynağı: GARY PIKOVSKY
Güçlü yerçekimi, güneş sisteminin kenarındaki kuyruklu yıldızı değiştirmek için yeterlidir ve güneşin yerçekimi, kuyrukluyıldızı yörüngesinde tutamayacak kadar zayıftır. Yörüngeden sapan kuyruklu yıldızlar ya güneş sisteminden atıldı ya da yeryüzüne çarpma şansı büyük olan ve yeryüzünde kitlesel yok oluşa yol açan güneş sistemine hücum etti.
Dünya, beş kitlesel yok olma olayı yaşadı. Her yok oluş, yıkım ve yeni yaşam getirir. "Dinozorlar her zaman var olsaydı, insanlar bugün hala dünyanın hükümdarı olur muydu?" Gibi sorulara cevap veremeyiz. Randall haklıysa, belki de karanlık maddeye gerçekten minnettar olmalıyız, bu da bize bugün bu "koyu mavi nokta" üzerinde yaşama, evrenin gizemlerini sorma ve görünmez dünyaları arama fırsatı veriyor.
Ekstra boyut
Karanlık madde görülemeyen tek şey değildir. Bir şey çok küçükse, onu da göremeyiz. Örneğin, molekülleri, atomları, kuarkları ve elektronları göremiyoruz, ancak giderek daha karmaşık hale gelen araçlar, dünyayı bu ölçeklerde keşfetmemize izin veriyor. Ya daha küçük bir ölçekte ise? Örneğin, Planck uzunluğu altında, dizi Oluşturulan dünya? Veya aradığımız ekstra boyutu görüyor musunuz?
İnsanlar evreni geniş bir ölçekte (beyaz alan) inceleyebilir, ancak modern fizik teorileri tarafından değerlendirilen birçok ölçek bu aralığın (gri) dışındadır. | Resim kaynağı: Tynan DeBold / Quanta Magazine
İçinde bulunduğumuz üç boyutlu dünyaya çok aşinayız, yukarı ve aşağı, sol ve sağ, ön ve arka, ama evren gerçekten sadece üç boyutlu mu? Ek boyutların varlığını inkar etmek için hiçbir neden yok gibi görünüyor. Daha yüksek boyutlar olduğunu varsayarsak, böyle bir dünya hayal edebilir miyiz? Şimdi bir boyuta düşelim, üç boyutlu bir dünyaya açılan iki boyutlu yaratıklar olduğumuzu hayal edin. İki boyutlu dünyanın içinden dikey olarak geçen üç boyutlu bir küre gözlemlersek, ne göreceğiz? Gördüğümüz şey, içinden geçen, önce yavaşça yakınlaştıran ve sonra yavaş yavaş küçülen çeşitli boyutlarda dilimlerdir.
İki boyutlu dünyadaki biyolojik bedenler, üç boyutlu küreyi gördüklerinde yakınlaştıracak ve uzaklaştıracaktır. | Resim kaynağı: Pany / NPI
Bu benzetme yoluyla, dört boyutlu bir hiperferin üç boyutlu evrenimizden geçmesi durumunda, hiperferin evrenimizdeki bir dizi daha büyük ve daha küçük üç boyutlu küre gibi görünmesi gerektiğini anlayabileceğimizi hayal edebiliriz. Dilimlemeye ek olarak, ek boyutları hayal etme yöntemleri arasında projeksiyon, holografik görüntüler vb. Bulunur.
Elbette, yüksek boyutları incelemenin en iyi yolu, resimlerden değil matematikten geçer. Einstein genel göreliliği önerdikten sonra, Theodor Kaluza 1919'da, yerçekimi ve elektromanyetik kuvveti birleştirmek için, zaman ve uzayın boyutları dört boyuttan beş boyuta genişletildi. Einstein açıkça bu fikirden etkilendi, ama onun kafasını karıştırdığı şey, bu ekstra boyutun nerede olduğuydu? Diğer 3B'den farkı nedir?
Zaman ve uzaydaki her noktanın ek bir kıvrımlı boyutu vardır. | Resim kaynağı: WGBH / NOVA
1926'ya kadar İsveçli fizikçiler Oskar Klein Sadece cevabı verdim. Uzayın dördüncü boyutunun çok küçük olmasından kaynaklanabileceğini düşünüyor. Bunu anlamak kolay, sadece bir pipet hayal edin. Uzaktan bakıldığında, saman tek boyutlu bir çizgidir, ancak yeterince yakından baktığınız sürece, bunun aslında bir tüp olduğunu göreceksiniz. Klein, bu ekstra boyutun 10-33 cm boyutlarında görünmez bir daire şeklinde kıvrılacağına inanıyor. Bu ölçek çok küçük olduğundan hiçbir deney doğrudan varlığını keşfedemez.
1999'da Randall, ekstra boyutları gizlemenin yeni bir yolunu keşfetti: Bu teori sicim teorisi temelinde geliştirildi ve membran teorisi olarak adlandırıldı. Teori, yerçekiminin ek boyutlara uzanacağını ve insanların, gezegenlerin, yıldızların ve hissedebildiğimiz her şeyin bir zar üzerinde toplanacağını varsayar. Membran teorisi bize, çok küçük bir ekstra boyutun tek seçenek olmadığını, sonsuzluğa da uzanabileceğini, ancak yine de kendini gizleyebileceğini söylüyor.
Yüksek boyutlu uzay-zamanda asılı duran zarlardan birinde yaşıyorsak, içinde asılı başka zarlar olacak mı? Cevap evet, ancak kaç ya da daha fazla zar olacağını bilmiyoruz. Birden fazla zar olduğu zaman, çoklu evrene girer.
Membran teorisi fizikteki büyük bir sorunu çözebilir: yerçekimi diğer üç temel kuvvete (elektromanyetik kuvvet, güçlü nükleer kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet) kıyasla neden bu kadar zayıf? Bu soruna hiyerarşi sorunu denir. Tabii ki, eğer bir biniş meraklısıysanız, dünyanın yer çekiminin zayıf olmadığını düşünebilirsiniz! Ama hayal edin, bunun nedeni tüm dünya size etki ediyor. Ve dünyanın yerçekimi küçük bir ataşı aşağı çekmek için çok uğraşsa da, küçük bir mıknatıs yerçekimine kolayca direnebilir ve atacı çekebilir. Standart Fizik Modeli'nde bu çözülmemiş bir gizemdir ve ek boyutlar olası bir açıklama sağlar.
Yerçekimi filmi ve zayıf film. | Resim kaynağı: Pany / NPI
Yukarıdaki resimde, kavisli uzay-zaman geometrisinde biri zayıf (zayıf film), diğeri ise güçlü (çekimsel film) olmak üzere iki zar olduğunu görüyoruz. Yerçekimi zarı dışındaki yerlerde yaşıyorsak, yerçekimi kuvveti çok zayıf olacaktır. Öyleyse, zayıf bir zar üzerinde yaşıyorsak, hiyerarşi sorunu doğal bir şeydir.
KK parçacıklarının Feynman diyagramı. | Resim kaynağı: Pany / NPI
Çılgınca bir fikir gibi gelse de, aslında bu teori yüksek enerjili bir çarpıştırıcıda doğrulanabilir. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC), bu teorinin sonuçlarını bulmak için uygun enerjiyi üretebilir. Ekstra boyutta KK (Kaluza-Klein) adında bir parçacık vardır. Bu, ek boyutlarda ilerleyebilen ve momentum taşıyabilen bir parçacıktır Bize göre bunlar ağır parçacıklardır ve karakteristik kütle spektrumları ek boyutun boyutu ve şekli ile belirlenir. Henüz LHC'de KK parçacıklarının izlerini bulamamış olsak da, bunu göz ardı edemeyiz.
Gelecekte, Çin'in yeni nesil çarpıştırıcısı yapılırsa, bu garip parçacıkları bulmak daha büyük bir avantaja sahip olacak. Ve Randall, yüksek boyutlu uzay, karanlık madde vb. Gibi evrenin derinliklerinde saklı dünyaları keşfetmeye devam edecek.
