Co se děje?

Jsme obklopeni hmotou. Ve skutečnosti jsme záležitostí. Vše, co ve vesmíru detekujeme, je také důležité. Je tak zásadní, že prostě akceptujeme, že všechno je vyrobeno z hmoty. Je to základní stavební prvek všeho: život na Zemi, planeta, na které žijeme, hvězdy a galaxie. Obvykle se definuje jako cokoli, co má hmotnost a zabírá prostor.

Stavební bloky hmoty se nazývají „atomy“ a „molekuly“. Také oni jsou hmota. Věc, kterou můžeme normálně detekovat, se nazývá „baryonská“ hmota. Existuje však i jiný druh hmoty, který nelze přímo detekovat. Ale jeho vliv může. Jmenuje se to temná hmota.

Je snadné studovat normální hmotu nebo „baryonickou hmotu“. Lze ji rozdělit na subatomární částice zvané leptony (například elektrony) a kvarky (stavební bloky protonů a neutronů). To jsou atomy a molekuly, které jsou součástí všeho od člověka po hvězdy.

Normální hmota je světelná, to znamená, že interaguje elektromagneticky a gravitačně s jinou hmotou as ní záření. Nemusí to nutně svítit, jako bychom mysleli na zářící hvězdu. Může vydávat další záření (například infračervené).

Dalším aspektem, který se objeví, když se diskutuje o záležitosti, je něco, co se nazývá antihmota. Přemýšlejte o tom jako o opaku normální hmoty (nebo možná zrcadlového obrazu). Často o tom slyšíme, když o tom vědci mluví hmota / anti-hmota reakce jako zdroje energie. Základní myšlenkou antihmoty je to, že všechny částice mají anti-částici, která má stejnou hmotnost, ale protější rotaci a náboj. Když dojde ke kolizi hmoty a antihmoty, vzájemně se ničí a vytvářejí čistou energii v podobě paprsky gama. Toto vytvoření energie, pokud by bylo využito, by poskytlo obrovské množství energie jakékoli civilizaci, která by mohla přijít na to, jak to bezpečně udělat.

Na rozdíl od normální hmoty je tmavá hmota nesvítivá. To znamená, že interaguje elektromagneticky, a proto se jeví tmavý (tj. Nebude odrážet ani vydávat světlo). Přesná povaha temné hmoty není známa, ačkoli její účinek na jiné hmoty (jako jsou galaxie) byl zaznamenán astronomové, jako je Dr. Vera Rubin a další. Jeho přítomnost však lze zjistit gravitačním účinkem, který má na normální záležitost. Například jeho přítomnost může například omezit pohyby hvězd v galaxii.

V současné době existují tři základní možnosti pro „věci“, které tvoří temnou hmotu:

• Studená temná hmota (CDM): Existuje jeden kandidát nazývaný slabě interagující masivní částice (WIMP), který by mohl být základem studené temné hmoty. Vědci však o tom ani moc nevědí, ani to, jak by mohlo být vytvořeno na počátku dějin vesmíru. Další možnosti pro částice CDM zahrnují axiony, nikdy však nebyly detekovány. Nakonec existují MACHO (MAssive Compact Halo Objects), které by mohly vysvětlit změřenou hmotnost temné hmoty. Tyto objekty zahrnují černé díry, starověké neutronové hvězdy a planetární objekty které jsou všechny nesvětelné (nebo téměř tak), ale stále obsahují značné množství hmoty. Ti by pohodlně vysvětlili temnou hmotu, ale je tu problém. Musí jich být spousta (více, než by se očekávalo vzhledem k věku určitých galaxií) a jejich distribuce by musela být neuvěřitelně dobře rozprostřené po celém vesmíru, aby vysvětlili temnou hmotu, kterou astronomové našli „venku“. Studená temná hmota tedy zůstává „prací v.“ pokrok."
• Teplá temná hmota (WDM): Má se za to, že se skládá ze sterilních neutrin. Jedná se o částice, které jsou podobné běžným neutrinům s výjimkou skutečnosti, že jsou mnohem masivnější a neinteragují prostřednictvím slabé síly. Dalším kandidátem na WDM je gravitino. Toto je teoretická částice, která by existovala, pokud by byla teorie supergravity - směsicí obecná relativita a supersymetrie - získání trakce. WDM je také atraktivním kandidátem pro vysvětlení temné hmoty, ale existence sterilních neutrin nebo gravitin je přinejlepším spekulativní.
• Horká temná hmota (HDM): Částice považované za horkou temnou hmotu již existují. Říká se jim „neutrinos“. Cestují na téměř rychlost světla a "nehlukujte se" dohromady tak, že promítáme temnou hmotu. Také vzhledem k tomu, že neutrino je téměř bezmasé, bylo by potřeba neuvěřitelné množství, aby se vytvořilo množství temné hmoty, o které je známo, že existuje. Jedním vysvětlením je, že existuje ještě nedetekovaný typ nebo příchuť neutrina, která by byla podobná těm, o nichž je známo, že již existují. Nicméně, to by mělo významně větší hmotu (a proto možná pomalejší rychlost). Ale to by pravděpodobně bylo více podobné teplé temné hmotě.

Hmota přesně neexistuje bez vlivu ve vesmíru a existuje zvláštní zvědavost mezi zářením a hmotou. Tato souvislost nebyla dobře pochopena až do začátku 20. století. Tehdy začal Albert Einstein přemýšlet o spojení mezi hmota a energie a záření. Zde je to, s čím přišel: podle jeho teorie relativity jsou hmotnost a energie rovnocenné. Pokud dojde ke srážce dostatečného množství záření (světla) s jinými fotony (jiné slovo pro „částice“ světla) s dostatečně vysokou energií, lze vytvořit hmotu. Tento proces je to, co vědci studují v obřích laboratořích s kolektory částic. Jejich práce se ponoří hluboko do srdce hmoty a hledá nejmenší částice, o nichž je známo, že existují.

Takže zatímco záření není explicitně považováno za hmotu (nemá hmotu ani neobsazuje objem, alespoň ne dobře definovaným způsobem), je spojeno s hmotou. Důvodem je, že záření vytváří hmotu a hmota vytváří záření (jako když se hmota a anti-hmota srazí).

Vezmeme-li spojení hmoty a záření ještě o krok dále, teoretici také navrhují, aby v nás existovalo tajemné záření vesmír. Jmenuje se to temná energie. Jeho povaze není vůbec pochopena. Možná, když pochopíme temnou hmotu, pochopíme také povahu temné energie.

Upraveno a aktualizováno uživatelem Carolyn Collins Petersen.