현재 보이지 않는 것들

과학이 알고 보는 것은 아마도 존재하는 것의 극히 일부일 뿐입니다. 물론 과학과 기술이 "비전"을 문자 그대로 받아들여서는 안 됩니다. 우리의 눈은 그것들을 볼 수 없지만, 과학은 오랫동안 공기와 공기에 포함된 산소, 전파, 자외선, 적외선, 원자와 같은 것들을 "볼" 수 있었습니다.

우리는 또한 의미에서 본다 반물질그것이 평범한 물질과 격렬하게 상호 작용할 때 일반적으로 더 어려운 문제입니다. 왜냐하면 우리는 이것을 상호 작용의 효과에서 보았지만 더 전체적인 의미에서 진동으로 보았지만 2015년까지는 우리에게 파악하기 어려웠습니다.

그러나 우리는 아직 이 상호 작용의 단일 매개체(즉, 예를 들어 중력자). 중력의 역사와 .

우리는 후자의 행동을 보지만 그것을 직접 관찰하지 않고 그것이 무엇으로 구성되어 있는지 모릅니다. 그러나 이러한 "보이지 않는" 현상 사이에는 근본적인 차이가 있습니다. 아무도 중력에 의문을 제기한 적이 없습니다. 그러나 암흑 물질(1)의 경우에는 다릅니다.

어떻게 지 암흑 에너지암흑 물질보다 더 많은 것을 포함하고 있다고합니다. 그 존재는 우주 전체의 행동에 근거한 가설로 추론되었습니다. "보는 것"은 암흑 물질보다 훨씬 더 어려울 가능성이 높습니다. 왜냐하면 우리의 일반적인 경험이 에너지는 그 본성상 물질보다 감각(및 관찰 도구)에 접근하기 어려운 것으로 남아 있다는 것을 우리에게 가르치기 때문입니다.

현대 가정에 따르면 두 가지 어두운 것이 모두 콘텐츠의 96%를 구성해야 합니다.

따라서 실제로 우주 자체도 우리에게 거의 보이지 않습니다. 한계에 도달했을 때 우리는 인간의 관찰에 의해 결정된 것만 알고 진정한 극단이 될 것 (존재하는 경우)은 알지 못합니다. 조금도.

은하계 전체와 함께 무언가가 우리를 끌어당기고 있습니다.

100개의 이웃 은하가 우주의 신비한 지점 그레이트 어트랙터. 이 지역은 약 220억 XNUMX천만 광년 떨어져 있으며 과학자들은 이것을 중력 이상이라고 부릅니다. Great Attractor는 수천조 개의 태양 질량을 가지고 있다고 믿어집니다.

확장되고 있다는 사실부터 시작하겠습니다. 이것은 빅뱅 이후에 일어나고 있으며 이 과정의 현재 속도는 시속 2,2만 킬로미터로 추산됩니다. 이것은 우리 은하와 그 이웃 안드로메다 은하도 그 속도로 움직여야 한다는 것을 의미합니다. 그렇죠? 설마.

70년대에 우리는 우주 공간의 상세한 지도를 만들었습니다. 전자레인지 배경(CMB) 우주와 우리는 은하수의 한쪽이 다른 쪽보다 따뜻하다는 것을 알아차렸습니다. 그 차이는 섭씨 600분의 XNUMX도 채 되지 않았지만 우리가 센타우루스자리를 향해 초속 XNUMXkm의 속도로 움직이고 있다는 것을 이해하기에 충분했습니다.

몇 년 후, 우리는 우리뿐만 아니라 우리로부터 XNUMX억 광년 이내에 있는 모든 사람들이 같은 방향으로 움직이고 있다는 것을 발견했습니다. 그렇게 광대한 거리에 걸친 팽창에 저항할 수 있는 것은 단 한 가지, 바로 중력입니다.

예를 들어 안드로메다는 우리에게서 멀어져야 하지만 4억 년 후에는 ... 충돌해야 합니다. 충분한 질량은 팽창에 저항할 수 있습니다. 처음에 과학자들은 이 속도가 소위 국부 슈퍼클러스터(Local Supercluster)의 외곽에 있는 우리의 위치 때문이라고 생각했습니다.

왜 우리는 이 신비한 위대한 매력을 보기가 어려운가? 불행히도 이것은 우리의 시야를 가로막는 우리 은하입니다. 우리은하의 벨트를 통해 우리는 우주의 약 20%를 볼 수 없습니다. 그는 Great Attractor가 있는 곳으로 정확히 갑니다. 이론적으로 X선과 적외선 관측으로 이 베일을 관통하는 것이 가능하지만 이것은 명확한 그림을 제공하지 못합니다.

이러한 어려움에도 불구하고, Great Attractor의 한 지역에서 150억 XNUMX천만 광년 떨어진 곳에 은하계가 존재한다는 것이 발견되었습니다. 클러스터 노마. 그 뒤에는 650억 10천만 광년 떨어져 있고 XNUMX의 질량을 포함하는 훨씬 더 거대한 초은하단이 있습니다. 우리가 알고 있는 우주에서 가장 큰 천체 중 하나인 은하.

그래서 과학자들은 Great Attractor가 무게 중심 은하수와 같이 총 약 100개의 물체를 포함하여 은하계의 많은 초은하단. 암흑 에너지의 거대한 집합체이거나 중력이 큰 고밀도 영역이라는 이론도 있다.

일부 연구자들은 이것이 우주의 마지막 ... 끝을 미리 맛보는 것일 뿐이라고 믿습니다. 대공황은 팽창 속도가 느려지고 역전되기 시작할 때 우주가 몇 조 년 안에 두꺼워질 것임을 의미합니다. 시간이 지남에 따라 이것은 자신을 포함하여 모든 것을 집어삼킬 초대질량체로 이어질 것입니다.

그러나 과학자들이 지적했듯이 우주의 팽창은 결국 Great Attractor의 힘을 물리칠 것입니다. 그것을 향한 우리의 속도는 모든 것이 팽창하는 속도의 2분의 XNUMX에 불과합니다. 우리가 일부인 라니아케아(XNUMX)의 광대한 지역 구조는 언젠가는 다른 많은 우주 독립체와 마찬가지로 소멸되어야 합니다.

자연의 다섯 번째 힘

우리가 볼 수 없지만 최근 심각하게 의심되는 것이 이른바 XNUMX차 충격입니다.

미디어에서 보고되는 내용의 발견에는 흥미로운 이름을 가진 가상의 새로운 입자에 대한 추측이 포함됩니다. X17암흑 물질과 암흑 에너지의 신비를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.

네 가지 상호 작용이 알려져 있습니다: 중력, 전자기, 강하고 약한 원자 상호 작용. 원자의 미시 영역에서 거대한 규모의 은하에 이르기까지 알려진 96가지 힘이 물질에 미치는 영향은 잘 기록되어 있으며 대부분의 경우 이해할 수 있습니다. 그러나 우리 우주 질량의 약 XNUMX%가 암흑 물질과 암흑 에너지라고 불리는 불분명하고 설명할 수 없는 것들로 구성되어 있다는 점을 고려할 때 과학자들이 이 네 가지 힘이 우주의 모든 것을 대표하지 않는다고 오랫동안 의심한 것은 놀라운 일이 아닙니다. . 계속된다.

저자가 이끄는 팀인 새로운 힘을 설명하려는 시도 아틸라 크라스나고르스카야 (3) 우리가 지난 가을에 들었던 헝가리 과학 아카데미의 원자력 연구소(ATOMKI)의 물리학은 신비한 힘이 존재한다는 첫 번째 징후가 아니었다.

같은 과학자들은 양성자를 화학 원소의 변종인 동위 원소로 바꾸는 실험을 수행한 후 2016년에 "제7의 힘"에 대해 처음 썼습니다. 연구원들은 양성자가 리튬-8로 알려진 동위 원소를 베릴륨-XNUMX이라고 불리는 불안정한 유형의 원자로 바꾸는 것을 관찰했습니다.

3. 교수 아틸라 크라스나호르카이(오른쪽)

베릴륨-8이 붕괴되면 전자와 양전자 쌍이 형성되어 서로 반발하여 입자가 비스듬히 날아가게 됩니다. 팀은 붕괴 과정에서 방출되는 빛 에너지와 입자가 날아가는 각도 사이의 상관 관계를 볼 것으로 예상했습니다. 대신 전자와 양전자는 모델이 예측한 것보다 거의 140배 더 자주 XNUMX도 편향되어 예상치 못한 결과를 낳았습니다.

"가시 세계에 대한 우리의 모든 지식은 소위 입자 물리학의 표준 모델을 사용하여 설명할 수 있습니다."라고 Krasnagorkay는 씁니다. 그러나 전자보다 207배 무거운 뮤온보다 가볍고 전자보다 무거운 입자는 제공하지 않습니다. 위의 질량 창에서 새로운 입자를 찾으면 표준 모델에 포함되지 않은 새로운 상호 작용이 있음을 나타냅니다.”

신비한 물체는 전자의 약 17배인 17메가전자볼트(MeV)의 추정 질량 때문에 X34로 명명되었습니다. 연구원들은 삼중수소가 헬륨-4로 붕괴하는 것을 관찰했고 다시 한 번 이상한 대각선 방전을 관찰했는데, 이는 약 17MeV의 질량을 가진 입자를 나타냅니다.

"광자는 전자기력을 매개하고, 글루온은 강한 힘을, W 및 Z 보존은 약한 힘을 매개합니다."라고 Krasnahorkai는 설명했습니다.

“우리 입자 X17은 다섯 번째 새로운 상호작용을 매개해야 합니다. 새로운 결과는 첫 번째 실험이 단지 우연의 일치였거나 결과가 시스템 오류를 일으켰을 가능성을 줄여줍니다."

발밑의 암흑물질

위대한 우주에서, 막연한 수수께끼의 영역과 위대한 물리학의 신비에서 지구로 돌아가자. 우리는 여기서 다소 놀라운 문제에 직면해 있습니다. 내부에 있는 모든 것을 보고 정확하게 묘사하는 것입니다(4).

몇 년 전에 우리는 MT에 대해 다음과 같이 썼습니다. 지구 핵의 신비역설은 그것의 창조와 연결되어 있고 그 본질과 구조가 정확히 무엇인지는 알려져 있지 않다. 우리는 테스트와 같은 방법이 있습니다. 지진파, 또한 과학적 동의가있는 지구의 내부 구조 모델을 개발했습니다.

그러나 예를 들어, 먼 별과 은하에 비해 우리 발 밑에 무엇이 있는지에 대한 우리의 이해는 약합니다. 우주 물체, 심지어 아주 먼 물체라도 우리는 단순히 볼 수 있습니다. 핵, 맨틀의 층 또는 지각의 더 깊은 층에 대해서도 마찬가지입니다..

가장 직접적인 연구만 가능합니다. 산골짜기는 수 킬로미터 깊이의 암석을 드러냅니다. 가장 깊은 탐사 우물은 12km가 조금 넘는 깊이까지 확장됩니다.

더 깊은 것을 만드는 암석과 광물에 대한 정보는 xenoliths에 의해 제공됩니다. 화산 활동의 결과로 지구의 창자에서 찢겨져 나온 암석 조각. 이를 기반으로 암석 학자는 수백 킬로미터 깊이까지 광물의 구성을 결정할 수 있습니다.

지구의 반지름은 6371km로 우리의 모든 "침입자"에게 쉬운 길이 아닙니다. 섭씨 5도에 달하는 엄청난 압력과 온도로 인해 가까운 장래에 가장 깊은 내부에 접근하여 직접적인 관찰이 가능할 것이라고 기대하기 어렵습니다.

그렇다면 지구 내부의 구조에 대해 우리가 알고 있는 것을 어떻게 알 수 있습니까? 이러한 정보는 지진에 의해 발생하는 지진파에 의해 제공됩니다. 탄성 매질에서 전파되는 탄성파.

그들은 타격에 의해 생성된다는 사실에서 이름을 얻었습니다. 두 가지 유형의 탄성(지진)파가 탄성(산악) 매질에서 전파될 수 있습니다: 더 빠른 - 세로 및 느린 - 가로. 전자는 파동 전파 방향을 따라 발생하는 매질의 진동이며, 매질의 횡진동에서는 파동 전파 방향에 수직으로 발생합니다.

종파가 먼저 기록되고(위도 프라이머리), 횡파가 두 번째로 기록됩니다(위도 secundae). 따라서 지진학에서 종파 p 및 횡파의 전통적인 표시가 기록됩니다. P파는 s보다 약 1,73배 빠릅니다.

지진파가 제공하는 정보는 탄성 속성을 기반으로 하는 지구 내부 모델을 구축하는 것을 가능하게 합니다. 다음을 기반으로 다른 물리적 특성을 정의할 수 있습니다. 중력장 (밀도, 압력), 관찰 자기 지성 전류 지구의 맨틀에서 생성(전기 전도도 분포) 또는 지구 열 흐름의 분해.

암석학적 구성은 고압 및 고온 조건에서 광물 및 암석의 특성에 대한 실험실 연구와 비교하여 결정될 수 있습니다.

지구는 열을 발산하는데 어디서 오는지 알 수 없습니다. 최근에 가장 이해하기 어려운 소립자에 관한 새로운 이론이 등장했습니다. 우리 행성 내부에서 방출되는 열의 신비에 대한 중요한 단서는 자연에 의해 제공될 수 있다고 믿어집니다. 중성 미자 - 극히 작은 질량의 입자 - 지구의 창자에서 발생하는 방사성 과정에 의해 방출됩니다.

알려진 방사능의 주요 원인은 불안정한 토륨과 칼륨으로 지표면에서 최대 200km 아래의 암석 샘플에서 알 수 있습니다. 더 깊은 것은 이미 알려지지 않았습니다.

우리는 그것을 알고있다 지오뉴트리노 우라늄이 붕괴될 때 방출되는 에너지는 칼륨이 붕괴할 때 방출되는 에너지보다 더 많은 에너지를 가지고 있습니다. 따라서 지구 중성미자의 에너지를 측정하여 어떤 방사성 물질에서 나오는지 알 수 있습니다.

불행히도 지뉴트리노는 감지하기가 매우 어렵습니다. 따라서 2003년 그들의 첫 번째 관측에는 약 수톤의 액체. 이 감지기는 액체의 원자와의 충돌을 감지하여 중성미자를 측정합니다.

그 이후로 지구 중성미자는 이 기술을 사용한 한 번의 실험에서만 관찰되었습니다(5). 두 측정 모두 다음을 보여줍니다. 방사능으로 인한 지구 열의 약 절반(20테라와트)은 우라늄과 토륨의 붕괴로 설명할 수 있습니다. 나머지 50%의 출처는….

5. 지구의 지오뉴트리노 방출 강도 모델 맵 - 예측

2017년 XNUMX월에 공사가 시작되었습니다. 모래 언덕2024년경 준공 예정. 이 시설은 사우스다코타의 이전 홈스택에서 지하로 거의 1,5km에 위치할 것입니다.

과학자들은 DUNE을 사용하여 가장 잘 이해되지 않는 기본 입자 중 하나인 중성미자를 주의 깊게 연구함으로써 현대 물리학의 가장 중요한 질문에 답할 계획입니다.

2017년 XNUMX월, 국제 과학자 팀이 Physical Review D 저널에 DUNE를 지구의 내부 연구를 위한 스캐너로 상당히 혁신적인 사용을 제안하는 기사를 발표했습니다. 지진파와 시추공에는 행성 내부를 연구하는 새로운 방법이 추가될 것이며, 아마도 완전히 새로운 그림을 보여줄 것입니다. 그러나 이것은 현재로서는 아이디어일 뿐입니다.

우주 암흑 물질에서 우리는 우리 행성의 내부에 도달했습니다. 그리고 이러한 것들의 뚫을 수 없음은 당혹스럽지만 지구에 상대적으로 가까운 모든 물체, 특히 지구와 충돌하는 경로에 있는 모든 물체를 보지 못한다는 불안감만큼은 아닙니다.

그러나 이것은 우리가 최근 MT에서 자세히 논의한 약간 다른 주제입니다. 관찰 방법을 개발하려는 우리의 열망은 모든 상황에서 완전히 정당화됩니다.