|
Вселенная и темная материя эволюционировали совместно
|
|
|
|
Физики давно предполагают, что наша вселенная может не ограничиваться тем, что мы можем видеть. Наблюдая за гравитационными силами в других галактиках, они выдвинули гипотезу о существовании "темной материи", которая была бы невидима для обычных форм наблюдения. Пран Нат, заслуженный профессор физики Северо-Восточного университета Мэтьюза, говорит, что "95% Вселенной темная, невидимая глазу". "Однако мы знаем, что темная вселенная существует благодаря гравитационному притяжению звезд", - говорит он. Кроме своей гравитации, темная материя, по-видимому, никогда особо не влияла на видимую вселенную. Тем не менее, взаимосвязь между этими видимыми и невидимыми областями, особенно в период зарождения Вселенной, оставалась открытым вопросом. Нат говорит, что сейчас появляется все больше свидетельств того, что эти две предположительно различные области на самом деле эволюционировали совместно.
|
|
|
|
Используя серию компьютерных моделей, Нат и кандидат наук Цзинчжэн Ли обнаружили, что видимый и скрытый сектора, как они их называют, вероятно, эволюционировали одновременно в моменты после Большого взрыва, что оказало глубокое влияние на последующее развитие Вселенной. Нат говорит, что было время, когда некоторые физики фактически отказались от этого скрытого сектора, поскольку мы можем объяснить большую часть того, что происходит в пределах видимого — то есть, если наши модели могут точно отображать то, что мы видим, происходящее вокруг нас, зачем пытаться измерить то, что не имеет заметного эффекта? "Вопрос в том, какое влияние оказывает скрытый сектор на видимый?" Спрашивает Нат. "Но какое нам до этого дело? Мы можем объяснить все". Но мы не можем объяснить все, утверждает Нат. Существуют аномалии, которые, по-видимому, не вписываются в так называемую "стандартную модель" Вселенной. По словам Нэта, представление о том, что видимый и скрытый сектора взаимно изолированы, является ошибочным и основано на предположении, что "видимый и скрытый сектора эволюционировали независимо друг от друга". Нат хочет перевернуть это предположение с ног на голову.
|
|
|
В статье, опубликованной в журнале Physical Review D, "Начальные условия большого взрыва и самодействующая скрытая темная материя", написанной в соавторстве с Ли, Нат хочет задать то, что он называет "более важным вопросом: откуда мы знаем, что они эволюционировали независимо?" Чтобы проверить это предположение, Нат и его команда "ввели некоторые слабые взаимодействия" между двумя секторами в свои модели Большого взрыва. Этих незначительных взаимодействий было бы недостаточно, чтобы повлиять на результаты, скажем, экспериментов на ускорителе элементарных частиц, "но мы хотели посмотреть, как это повлияет на видимый сектор в целом, - говорит Нат, - со времени Большого взрыва до настоящего времени". Даже при минимальном взаимодействии между двумя секторами Нат и его команда обнаружили, что влияние темной материи на видимую материю, из которой мы состоим, может оказать серьезное влияние на наблюдаемые явления.
|
|
|
|
Например, расширение Хаббла, которое в самых простых терминах гласит, что галактики удаляются друг от друга и, следовательно, Вселенная расширяется, содержит "довольно серьезную" разницу между тем, что предсказывает стандартная модель, и тем, что было замечено. Модели Натха частично объясняют это различие. Одной из основных переменных является температура скрытого сектора во время Большого взрыва. Мы можем быть совершенно уверены, что в момент Большого взрыва в видимом секторе было очень жарко. По мере того как Вселенная остывает, говорит Нат, "то, что мы видим, - это остатки того периода существования Вселенной". Но, изучая эволюцию этих двух секторов, Нат и его команда смогли смоделировать оба условия — скрытый сектор, в котором было жарко, и другой скрытый сектор, в котором было холодно. То, что они наблюдали, было удивительным: несмотря на значительные различия между моделями, которые имели серьезные последствия для того, как выглядела Вселенная в ранние времена, как горячая, так и холодная модели соответствовали видимому сектору, который мы можем наблюдать сегодня. Другими словами, наших нынешних измерений видимой Вселенной недостаточно, чтобы подтвердить, на какой стороне находился скрытый сектор в начале — горячей или холодной.
|
|
|
|
Нэт сразу же отмечает, что это не провал эксперимента, а пример того, как математические модели превосходят наши текущие экспериментальные возможности. Дело не в том, что разница между горячим или холодным скрытым сектором не имеет отношения к видимой Вселенной, а в том, что мы пока не проводили эксперименты с достаточно высокой точностью. Нат упоминает телескоп Уэбба как один из примеров инструментов следующего поколения, которые смогут проводить такие точные наблюдения. Конечная цель всей этой работы по моделированию - сделать более точные прогнозы о состоянии Вселенной, о том, как все это функционирует и что мы обнаружим, когда будем все глубже и глубже вглядываться в ночное небо. По мере того, как наши эксперименты будут становиться все более точными, вопросы, заложенные в модели Nath — был ли скрытый сектор горячим или холодным? — найдут свои ответы, и эти уточненные модели помогут предсказать решения еще более сложных вопросов. "В чем смысл этого?" Спрашивает Нат. По его словам, люди "хотят найти свое место во Вселенной". И более того, "они хотят ответить на вопрос, почему существует Вселенная? "И мы исследуем эти вопросы. Это конечная цель человеческих существ".
|
|
|
|
Источник
|
