По-голямата част от масата във нашата вселена е невидима. И от доста време физиците се опитват да разберат каква е тази неуловима маса. Ако е съставен от частици, надеждата е, че Големият адронен сблъсък може да произведе частица от тъмна материя или космическият телескоп ще види красноречивия подпис на гама-лъч при сблъсък на тъмна материя. Засега няма нищо. И този проблем кара теоретичните физици да обмислят нови идеи.
През 2017 г. известната теоретична физика Лиза Рандал надникна в една от най-невероятните възможности на тъмната материя. Хипотетични, разбира се. Вместо да третира тъмната материя като особен тип частици, тя предположи, че тъмната материя може да се състои от цяло семейство от частици, които съставят тъмни звезди, тъмни галактики, тъмни планети и вероятно тъмен живот. Химията на тъмната вселена би могла да бъде толкова богата и разнообразна, колкото нашата собствена „редовна химия“.
Но не е толкова просто.
Проблем с тъмната материя
Нашата Вселена е невероятно, макар и непонятно място.
През последните няколко десетилетия разбрахме, че 84,5% от материята във Вселената не може да бъде видяна. Предвид доста неудобния си прякор "тъмна материя", това вещество е в състояние, в което не взаимодейства с "нормалната" материя. Подобно на тъмната енергия, тези неща са „тъмни“, защото ние не ги разбираме.
Ако сега на бюрото ми има парче тъмна материя, никога няма да разбера за това. Като цяло парче тъмна материя като такова не може да лежи на бюрото ми. Тя ще падне през масата, а подът и земната кора ще се втурнат в гравитационния кладенец в сърцевината на нашата планета. Или ще изчезне в космоса по неразбираем начин. Тъмната материя взаимодейства толкова слабо с всичко, че това парче просто ще попадне през обикновената материя, сякаш не съществува.
Промоционално видео:
В малък мащаб гравитационното проявление на тъмната материя е пренебрежимо малко, но на космологични разстояния определено се усеща присъствието на тъмна материя - това може да се наблюдава индиректно от нейното гравитационно влияние върху галактическите клъстери и влиянието му върху въртенето на галактиките. Знаем, че съществува, просто не го виждаме.
И ние не знаем какво е. Можем само да гадаем.
Обикновената материя - известна още като барионова материя - взаимодейства чрез електромагнитни, гравитационни, силни и слаби сили. Тези сили прехвърлят енергия и дават структура на цялата материя. Тъмната материя, от друга страна, обикновено се разглежда като аморфен облак от "материя", който не може да взаимодейства чрез електромагнитни, слаби или силни сили. Следователно, тъмната материя се приема като "непарионна". Небарионовата материя може да разкрие присъствието си само гравитационно.
Водещият кандидат в търсенето на тъмна материя е WIMP, слабо взаимодействаща масивна частица. Както подсказва името на WIMP, тази хипотетична частица не взаимодейства с нормалната материя - така че не е барионна.
Установените космологични модели предсказват, че тъмната материя - била тя под формата на WIMP или „аксиони“, например - надарява нашата Вселена със структура и обикновено е опростено наречена „лепилото“, което държи нашата Вселена като цяло.
Наблюдавайки въртенето на галактиките, астрономът Вера Рубин забеляза, че по-голямата част от материята в галактиките не се наблюдава. Виждат се само малък процент - звезди, газ и прах; останалото се крие в огромен, но невидим ореол от тъмна материя. Сякаш нашата видима галактика от обикновена материя е просто качулка на огромно колело от тъмна материя, което се простира далеч отвъд това, което можем да видим.
В наскоро публикуван документ (2013) Рандал и нейните колеги представиха по-сложна форма на тъмна материя. Според тях ореолът на тъмната материя на нашата галактика не се състои само от един вид аморфна маса от непарионна материя.
„Изглежда много странно да се предположи, че цялата тъмна материя е съставена от само един тип частици“, пише Рандал. "Безпристрастен учен не трябва да позволява тъмната материя да бъде толкова разнообразна, колкото нашата нормална материя."
Богата „вселена на сенките“?
Точно както нашата видима вселена се управлява от Стандартния модел на физиката - добре изпитано семейство от частици (включително скандалния бог на Хигс) и сили, може ли богат и разнообразен модел от частици и сили на тъмна материя да функционира в тъмен галактически ореол?
Това изследване следва логиката на приемането на богато разнообразие от непозната физика в тъмния сектор на Вселената - нека го наречем „Вселената в сянка“- която върви успоредно на нашата и има всички сложности, които нашата видима вселена може да предложи.
По-рано астрофизиците предполагат, че „тъмни звезди“- звезди, направени от тъмна материя - могат да съществуват в нашата древна вселена и до днес. Ако е така, Рандал твърди, че може би могат да се образуват „тъмни планети“. И ако има семейство от тъмни частици, контролирано от сили, разположени в тъмния сектор, може ли това да доведе до сложна химия? А на живота?
Ако обаче "тъмният" или "сенченият" живот съществуват паралелно с нашата Вселена, можете да забравите, че можем да го открием.
Животът на сянката ще остане в сенките
Изглежда изкушаващо да се използва тази хипотеза, за да се обяснят всички ежедневни мистерии или дори паранормални твърдения, че науката не може да оспори или подкрепи. Ами ако „призраци“или необясними „светлини в небето“са измислиците на тъмните същества, живеещи отзад на всичко?
Макар че тази логика би била добра за телевизионно шоу или филм, тези тъмни същества щяха да живеят в сенчеста вселена, която е напълно несъвместима с обикновената материя. Техните частици и сили не биха имали ефект в нашата Вселена. Можете да прочетете тези редове, седнали на пън на дърво в тъмна гора и никога няма да разберете за това.
Но тъй като ние съжителстваме с тази сенчеста вселена в едно и също пространство-време - без допълнителни измерения или мултивселен - може да се предава само един сигнал.
Гравитационните вълни бяха открити едва през 2016 г., а първото откриване на тези пулсации в космическо време беше причинено от сблъсъка на черни дупки. Изглежда напълно възможно гравитационните вълни да бъдат открити в тъмния сектор, но само най-мощните космически събития в тъмния сектор могат да бъдат открити в нашия край на жицата.
Като цяло, почти сигурно никога няма да докажем съществуването на сладки тъмни материи, но Рандал има значение. Когато обмисляме източника на тъмната материя, трябва да погледнем извън нашите предразсъдъци; тъмният сектор може да бъде сложно семейство от тъмни частици и сили, които са извън това, което можем да си представим.
Иля Кел
