Što je materija?

Okruženi smo materijom. Zapravo smo svi mi bitni. Sve što otkrijemo u svemiru je također materija. Toliko je temeljno da jednostavno prihvaćamo da je sve napravljeno od materije. To je temeljni građevni blok svega: života na Zemlji, planeta na kojem živimo, zvijezde i galaksije. Obično se definira kao sve što ima masu i zauzima prostorni prostor.

Građevne materije se nazivaju "atomi" i "molekule". I oni su materija. Materija koju možemo normalno detektirati naziva se "barionska" materija. No, postoji i druga vrsta stvari koja se ne može izravno otkriti. Ali njegov utjecaj može. To se zove tamna materija.

Lako je proučavati normalnu materiju ili "barionsku materiju". Može se razgraditi na subatomske čestice zvane leptoni (na primjer, elektroni) i kvarkovi (građevni blokovi protona i neutrona). To su oni koji čine atome i molekule koji su sastavni dio svega, od ljudi do zvijezda.

Normalna materija je svjetlucava, tj. Ona djeluje elektromagnetsko i gravitacijski s drugom materijom i sa radijacija. To ne mora nužno sijati kao što mislimo da zvijezda blista. Može emitirati drugo zračenje (poput infracrvenog).

Drugi aspekt koji se pojavljuje kada se o materiji raspravlja je nešto što se naziva antimaterija. Zamislite to kao obrnutost normalne materije (ili možda zrcalne slike). O tome često čujemo kada znanstvenici razgovaraju reakcije tvari / tvari: kao izvori energije. Osnovna ideja iza antimaterije je da sve čestice imaju antičestice koje imaju istu masu, ali su suprotne centrifuge i naboja. Kada se materija i antimaterija sudare, one uništavaju jedna drugu i stvaraju čistu energiju u obliku gama zrake. Ako bi se moglo iskoristiti, energija bi pružila ogromne snage svakoj civilizaciji koja bi mogla smisliti kako to učiniti sigurno.

Za razliku od normalne materije, tamna tvar je materijal koji ne svijetli. Odnosno, ne djeluje elektromagnetsko i zato djeluje tamno (tj. Neće reflektirati ili odavati svjetlost). Točna priroda tamne materije nije dobro poznata, iako je njezin utjecaj na druge mase (poput galaksija) primijetio astronomi poput dr. Vere Rubin i drugi. Međutim, njegova prisutnost može se otkriti gravitacijskim učinkom koji ima na normalnu materiju. Na primjer, njegova prisutnost može, na primjer, obuzdati kretanje zvijezda u galaksiji.

Trenutno postoje tri osnovne mogućnosti za "stvari" koje čine tamnu materiju:

• Hladna tamna tvar (CDM): Postoji jedan kandidat koji se naziva slabo interaktivna masivna čestica (WIMP), koji bi mogao biti osnova za hladnu tamnu tvar. Ipak, znanstvenici ne znaju puno o tome niti kako je on mogao nastati početkom povijesti svemira. Ostale mogućnosti za CDM čestice uključuju aksione, međutim nikada nisu otkrivene. Konačno, postoje MACHO (MAssive Compact Halo Objects), koji mogu objasniti izmjerenu masu tamne materije. Ti objekti uključuju Crne rupe, drevni neutronske zvijezde i planetarnih objekata koje su sve ne svjetleće (ili gotovo tako), ali još uvijek sadrže značajnu količinu mase. Oni bi povoljno objasnili tamnu materiju, ali postoji problem. Moglo bi ih biti puno (više nego što bi se moglo očekivati ​​s obzirom na starost određenih galaksija) i njihova bi distribucija trebala biti nevjerojatno dobro se raširio po svemiru kako bi objasnio tamnu tvar koju su astronomi pronašli "vani". Dakle, hladna tamna tvar ostaje "posao u" napredak."
• Topla tamna materija (WDM): Smatra se da je ovo sastavljeno od sterilnih neutrina. Riječ je o česticama koje su slične normalnim neutrinama, osim što su mnogo veće i ne djeluju slabom silom. Drugi kandidat za WDM je gravitino. Ovo je teorijska čestica koja bi postojala ako bi teorija supergravitacije - miješanje opća relativnost i supersimetrija - prianjanje. WDM je također atraktivan kandidat za objašnjenje tamne materije, ali postojanje bilo sterilnih neutrina ili gravitinosa u najboljem slučaju je spekulativno.
• Vruća tamna tvar (HDM): Čestice koje se smatraju vrućom tamnom tvari već postoje. Zovu ih "neutrini". Putuju u gotovo brzina svjetlosti i ne "skupljajte se" na načine na koje bismo projicirali tamnu materiju. S obzirom na to da je neutrino gotovo bez mase, bila bi potrebna nevjerojatna količina njih kako bi se sačinila količina tamne materije za koju se zna da postoji. Jedno je objašnjenje da postoji još uvijek neotkriveni tip ili okus neutrina koji bi bio sličan onome za koji se već zna da postoji. Međutim, imao bi značajno veću masu (a samim tim i možda slabiju brzinu). Ali to bi vjerojatno bilo sličnije toploj tamnoj materiji.

Materija ne postoji tačno bez utjecaja u svemiru i postoji zanimljiva veza između zračenja i materije. Ta veza nije bila dobro shvaćena sve do početka 20. stoljeća. Tada je Albert Einstein počeo razmišljati o vezi između stvar i energije i zračenja. Evo što je smislio: prema njegovoj teoriji relativnosti, masa i energija su ekvivalentni. Ako se dovoljno zračenja (svjetlost) sudara s drugim fotonima (druga riječ za svjetlosne "čestice") dovoljno velike energije, može se stvoriti masa. Taj postupak znanstvenici proučavaju u džinovskim laboratorijama s sudaračima čestica. Njihov se rad duboko uvlači u samo srce materije, tražeći i najmanje čestice za koje se zna da postoje.

Dakle, iako se zračenje izričito ne smatra materijom (nema masu ili ne zauzima volumen, barem ne na dobro definiran način), ono je povezano s materijom. To je zato što zračenje stvara materiju, a materija stvara zračenje (kao kad se materija i anti-materija sudaraju).

Napredujući korak tvar-zračenje korak dalje, teoretičari također predlažu da u nama postoji tajanstveno zračenje svemir. To se zove tamna energija. Njegova se priroda uopće ne razumije. Možda kad se razumije tamna materija, doći ćemo i do razumijevanja prirode tamne energije.

Uredio i ažurirao korisnik Carolyn Collins Petersen.