Но чем бы нам заняться до этого? Ведь это не то, что изучаю я. Поэтому я спросил:
Практические аргументы за освоение космоса содержат довольно много воды. Но если следовать их логике, то то, чем я занимаюсь – поиски тёмной материи, исследование тёмной энергии, процессов формирования звёзд, судьбы и рождения и эволюции Вселенной – совершенно бесполезные вещи. Конечно, понимание Вселенной приносит понимание нашей роли и нашего места в ней, но есть ли практическое применение этим знаниям и разным областям, с нами не связанными?
И я начал думать – существует ли в долгосрочной перспективе практическая польза от изучения тёмной материи? Ну, самым эффективным и доступным, по количеству материи, методом получения энергии является ядерный синтез – этот процесс происходит, в частности, на Солнце. 4 ядра водорода сливаются в одно ядро гелия и испускают 25 МэВ энергии на каждое ядро гелия. Эффективность процесса составляет 0,7%: такой процент от килограмма водорода, участвующего в синтезе, становится чистой энергией. А есть что-либо более эффективное? Конечно: если столкнуть ядро водорода (также известное, как протон) с его античастицей (антипротоном), реакция будет на 100% эффективной!
Это верно для всех частиц и их античастиц: если столкнуть их вместе, на выходе получаешь 100% чистую энергию. Антиматерии во Вселенной очень мало, и она была бы очень пагубна для космического корабля – она бы аннигилировала с любой материей, с которой она вступила бы в контакт!
Но тёмная материя, которая ни с чем не взаимодействует (и точно не аннигилирует), это особый случай. Все реалистичные модели тёмной материи, известные нам, утверждают, что у неё есть особое свойство: тёмная материя является античастицей для самой себя! И во Вселенной тёмной материи полно. Если бы мы сумели понять, как собирать и сталкивать частицы тёмной материи, у нас появился бы источник энергии со 100% эффективностью, при этом практически неограниченный. Тёмную материю во Вселенной найти в 5 раз легче, чем обычную.
Далеко ли это от сегодняшних реалий? Ещё как. Но в долгосрочной перспективе, это был бы самый эффективный источник энергии? Давайте подумаем – 100% эффективность… Ну ещё бы! И это самая практичная вещь из всех, что я могу придумать для тёмной материи. Уверен, что для распространения этой идеи и внедрения её в воображение масс потребуются хорошие фантасты.
Комментарии (50)
Zenitchik
27.07.2016 19:15+3Есть один нюанс. А что получается при аннигиляции тёмной материи?
И аннигиляцию протона с антипротоном я бы не назвал 100% эффективной, так как она проходит через промежуточную стадию — пи-мезонов, которые нужно удержать.
MichaelBorisov
27.07.2016 23:51+2Соглашусь. И с этим большая проблема. Пи-мезоны распадаются на мюоны, а те в свою очередь — на электроны и позитроны. Но при распадах с участием мюонов и электронов образуются нейтрино. Эти нейтрино уносят около 50% энергии аннигиляции (пруф), и поймать их практически невозможно. Вот вам и кпд.
С другой стороны, соизмеримая энергия выделяется при аккреции на черную дыру — до 42% (К. А. Постнов «Лекции по общей астрофизике для физиков») от mc^2! И не нужно никакой антиматерии, достаточно иметь черную дыру и бросать на нее вещество.
DrSmile
28.07.2016 12:52А если эта черная дыра достаточно маленькая, чтобы заметно светиться излучением Хокинга, то получаем КПД 100%! Причем варьируя размер этой дыры (путем регулирования количества падающей материи), можно регулировать спектр вылетающих фотонов. В общем, небольшие черные дыры — это универсальный преобразователь материи в фотоны.
Al_Azif
01.08.2016 21:41-1В Жигули двигатели такие ставить надо, сносу им не будет.
Педаль газа повесить на регулирование количества падающей материи, ну и всё. Охлаждение вроде не нужно?
roboq6
27.07.2016 19:15Только вот нестыковка получается: если она действительно является антиматерией для самой себя, то что же она естественным образом не самоуничтожилась? А ведь её в природе очень много, 24%
NeoCode
27.07.2016 19:22Да, интересно было бы поймать эту темную материю, хоть немножко. Думаю, это будет одно из самых ожидаемых экспериментальных открытий в физике.
А насчет античастицы самой себя… это конечно странно. Или частицы темной материи обладают свойством отталкиваться друг от друга и потому им сложно аннигилировать в природных условиях (и по этой же причине они равномерно распределены во Вселенной и не образуют макрообъектов). Или они не античастицы самих себя, а просто «истинно нейтральные» частицы, как фотоны например. Или тут что-то вообще не то на фундаментальном уровне, и то что мы называем темной материей, на самом деле что-то другое…choupa
27.07.2016 19:56Какой-то прогон, хотя, сразу скажу, что могу ошибаться. Если частица тёмной материи совпадает со своей античастицей, то, как было правильно замечено, она истинно нейтральная. Если она при столкновении с такой же частицей может аннигилировать, то значит она попросту нестабильна и может «аннигилировать» сама по себе без всяких столкновений.
Дальше возникает вопрос и времени жизни и наблюдении продуктов её распада… О, мысль прилетела! (не раздумывая): «реликтовое излучение» — никакое не реликтовое, это же распадается тёмная материя. :)NeoCode
27.07.2016 20:27Кстати да. Возможно хабровчане, знающие толк в математике, могли бы прикинуть — известно сколько должно быть темной материи по массе и объему, известна интенсивность реликтового излучения — можно оценить, какое количество массы нужно для того чтобы производить излучение через аннигиляцию в заданном объеме — и какова может быть частота столкновений неких частиц для этого… хотя тут наверное слишком много неизвестных.
И свою мысль про отталкивание частиц темной материи продолжу… возможно именно это отталкивание и есть темная энергия, расталкивающая галактики в разные стороны?
Mad__Max
27.07.2016 21:26+2Точно не реликтовое. Потому что темная материя хоть и рассеяна в пространстве, но все-таки немного концентрируется гравитацией. Просто это происходит не на уровне звезд-планет-астероидов как собирается обычная материя, а на уровне структур масштаба галактики и групп (скоплений) галактик. Соответственно и излучение от распада или аннигиляции ТМ было бы очень сильно неравномерным на крупном масштабе. А оно практически идеально равномерное — во всех направлений температура и интенсивность этого излучения практически одинакова.
Не говоря уже о том, что источник РИ и так давно известен. И природа этого излучения это просто излучение нагретого тела с соответствующим распределением по частотам/длинам волн. Тогда как распад частиц или их аннигиляция дал бы практически одну единственную фиксированную частоту (энергию фотонов) — соответствующую массе этих самых частиц ТМ.
А вот сама нестабильность частиц ТМ и их произвольный распад вполне допускается. И сейчас есть несколько научных программ, где ТМ идут именно по излучению, которое теоретически может возникать при их распаде или аннигиляции.
Пока не нашли.
black_semargl
28.07.2016 12:16+1При столкновении двух фотонов тоже есть вероятность «аннигиляции» с рождением пары электрон-позитрон или какой другой.
Но как правило просто проходят насквозь не взаимодействуя.
AntonSor
27.07.2016 19:25А зачем нам вообще стараться учиться применять темную материю? Может быть, нам её нужно, наоборот, избегать.
SPBNike
27.07.2016 19:57Вообще это давняя тема. Тут авторы рассказывают про перспективные направления по освоению тёмной материи и энергии:
http://elementy.ru/novosti_nauki/432442/Fiziki_izuchayut_temnye_sily_i_prochie_temnye_yavleniya
kauri_39
27.07.2016 21:09-1Сначала нужно убедиться в существовании тёмной материи, а потом уже думать об её использовании.
Думаю, её нет. Но у другой тёмной сущности — тёмной энергии — есть свойство не только раздвигать скопления галактик, но и с ускорением втекать в них и в отдельные галактики. Это приводит к сносу вращающихся объектов к центрам масс их систем. И чтобы не упасть на центры, галактикам в их скоплениях и звёздам в галактиках приходится вращаться с высокой наблюдаемой скоростью. Поэтому для их удержания около центров их вращения в своих системах тёмная материя не нужна.
abstracto
27.07.2016 21:18+1да блин! Мы про неё ничего не знаем, никак не фиксировали и вообще не уверены в её существовании, но думаем как её можно использовать — чистейшей воды популизм.
1Tiger1
27.07.2016 21:22Вот только из темной материи мы получим темную энергию. Лампочка на такой энергии будет поглощать свет, автомобиль ехать задом-наперед а самолет летать под землей. Зачем она нужна такая.
А если серьезно, странный конечно подход, аналогии они как бы не особо работают в современной физике. ну обьявили ее античастицей самой себя, ну это же не значит что есть условно положительные и условно отрицательные частицы темной материи. Фотон вон тоже античастица самой себя, ничего, не анигилирует. И вообще как будет автор разделять на частицу и античастицу если они одинаковые. Античастица самой себя эквивалентно что нет античастиц, не с чем аннигилировать, и вообще на данный момент она больше абстракция, может оказаться что эти эффекты вызывает нечто совсем другое, что нельзя назвать материей.
LifeKILLED
27.07.2016 22:32-3В статье ошибка. Частицы тёмной материи ни с чем не взаимодействуют, значит, максимальная выработка энергии у неё — 0. Если подставить 0 в уравнение, мы получим не 100 процентов КПД, а бесконечное число процентов КПД. Что также будет являться делением на ноль в не самом хорошем смысле. А может, ну её нафиг, эту тёмную материю, от греха подальше?
(что-то я Петросянить начал часто в последнее время)
potan
28.07.2016 09:19+1Я думаю, в будущем основной проблемой окажется не где взять энергию, а куда ее деть, когда она испортится — то есть теплоотвод. И если удасться отдавать тепло темной материи, которая с обычной не взаимодействует, то будет очень хорошо.
Alter2
28.07.2016 11:27Интересно, содержатся ли в солнечном ветре античастицы? Возможно ли их выделять и собирать в промышленных объёмах?
googlodrocher
28.07.2016 11:59Вот балерина крутится. Крутится, крутится, аж в глазах рябит. Прицепить ее к динамо — пусть ток дает в недоразвитые районы. <с>
Umrug
28.07.2016 11:59> Практические аргументы за освоение космоса содержат довольно много воды.
А кому это и зачем понадобились практические аргументы за освоение космоса? В каком контексте они вообще могут возникнуть (в настоящее время, до появления свободного общества)?
igrig
28.07.2016 11:59Если я не ошибаюсь, считается, что количество ТМ во вселенной константа. Чем вообще чревато, если начать её аннигилировать? (Ну это если отбросить вообще все споры о её существовании, конечно)
potan
28.07.2016 13:32Темной энергии. Известно, что темная материя распределена не равномерно, а значит с ней что-то можно делать.
Про темную энергию неизвестно ничего.
simki
28.07.2016 11:59+14 ядра водорода сливаются в одно ядро гелия и испускают 25 МэВ энергии на каждое ядро гелия. Эффективность процесса составляет 0,7%: такой процент от килограмма водорода, участвующего в синтезе, становится чистой энергией.
Килограмм лишний тут, 0.7% относительная величина не привязанная к конкретной массе.
amdf
28.07.2016 23:12Не очень ясно, что представляют собой скопления тёмной материи. Вот обычная материя формирует сферы, и они очень любят вращаться по орбитам вокруг других сфер: это звёзды и планеты. А как ведёт себя тёмная материя? Нетрудно представить себе например сгусток тёмной материи солнечной массы, вокруг которой вращаются планеты из «обычной» материи. Эдакая солнечная система вокруг невидимой звезды, которую «видно» только по тому, что вокруг вращаются объекты. Что-нибудь подобное было обнаружено? Кажется, нет. Похоже, тёмная материя ведёт себя немного не так. На каком-то ресурсе я уже задавал этот вопрос и мне пояснили, что, похоже, частицы тёмной материи не реагируют даже друг с другом. То есть обычные частицы слипаются и формируют планеты и звёды, а эти частицы не слипаются — просто пролетают сквозь друг друга. Этим можно объяснить, что мы не видим компактных объектов из тёмной материи — мы начинаем замечать её только в масштабах галактик.
Ну так вот, если они ни с чем не реагируют, то и получить из них ничего нельзя.
lorc
Очевидный вопрос — почему частицы темной материи не сталкиваются в «дикой природе?»
pda0
Они сильно рассеяны. А поскольку они не слипаются, у них нет шансов на образование планет. Так что основная проблема — как удержать тёмную материю, ведь любые стенки и ловушки, что мы можем построить для неё как бы не существуют. И как заставить эти частицы сталкиваться когда нам надо.
lorc
Ну пусть они рассеяны. Но темная материя подвержена гравитации и вроде бы сущесвуют скопления темной материи. В таких скоплениях соударения частиц должны происходить часто, и значит они должны светится. Чего не наблюдается.
А вообще Википедия говорит там следующее: Тёмная материя в астрономии и космологии, а также в теоретической физике — гипотетическая форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и напрямую не взаимодействует с ним. Это свойство данной формы вещества делает невозможным её прямое наблюдение.
Поэтому не совсем понятно о какой анигиляции может идти речь.
pda0
Аннигиляция частиц, сложнее электрона это каскадный процесс преобразования, на выходе которого в конце концов получаются стабильные частицы. У WIMP'ов, это начинается с нейтрино, tau±, W± пар. Ну и дальше.
Есть планы поиска нейтрино от аннигиляции WIMP'ов из ядра Солнца. Но нейтрино сами по себе тяжело ловить.
I-denis
Насколько я помню wimpы на данный момент являются гипотетическом частицами. Поправьте, если отстал от жизни
pda0
Вся тёмная материя сейчас сугубо гипотетична. Всё ещё есть шанс на то, что гравитация как-то хитровывернуто работает.
Mad__Max
Не просто рассеянны, а ОЧЕНЬ рассеяны.
Например наша галактика — это пример такого скопления ТМ. Но все-равно среднее ее количество в м3 пространства нашей галактики всего порядка 10^-18 (10 в минус 18 степени) кг или скорее даже еще существенно меньше (это для варианта блина радиусом 50 000 световых лет и толщиной всего 1000 световых лет, при массе 3 триллиона солнечных из которых большая часть на ТМ приходится).
Ну или так для наглядности:
0.000000000000000001 кг/м3
0.000000001 нано грамм/м3
Ну а дальше все зависит от массы частиц ее составляющих (которая пока неизвестна даже примерно и от которой будет зависеть сколько эти ничтожные доли массы составляют в штуках частиц) и их диаметра (точнее сечения взаимодействия) и средних скоростей движения. Вероятность столкновения в любом случае получится очень маленькой. Но вот насколько маленькой — пока не ясно. Поэтому и не ясно какова должна быть интенсивность этого излучения и доступно ли она для текущего уровня нашей техники для прямого наблюдения. А т.к. неизвестна масса (хотя бы примерно), то и неясно на какой частоте/длине волны вообще нужно искать.
Про не испускает электромагнитного излучения — это про обычные варианты его излучения. Как при переходах электронов в атомах между орбитами или движении электрических зарядов в магнитном поле. Эти варианты невозможны, т.к. у ТМ нет электрических зарядов.
А вот аннигиляция предположительно должна происходить как обычно с выделением 2х фотонов — так все известные пары частиц-античастиц аннигилируют независимо от наличия у них электрического заряда.
KomandirskieWTF
Основная проблема с путешествиями по галактике — ограниченность предельной скорости распространения взаимодействий. Давайте подумаем, как ее превысить.
tundrawolf_kiba
Например — пузырь Алькубьерре. Наша скорость в пространстве ограничена — следовательно для достижения больших скоростей придется как-то манипулировать пространством.