Формирование космической структуры на крупных и малых масштабах сильно зависит от взаимодействия тёмной и нормальной материи. Несмотря на косвенные свидетельства существования тёмной материи, нам бы очень хотелось напрямую обнаружить её – а это может произойти, только если между нормальной и тёмной материей будет ненулевое взаимное пересечение.
Баланс материи во Вселенной, несмотря на все её планеты, звёзды, газ, пыль, галактики, и всё, что мы в ней обнаруживаем, не сходится. На крупнейших космических масштабах мы видим одно и то же: для наблюдаемых нами гравитационных эффектов не хватает материи. Материя скапливается, образуя космическую паутину; скопления галактик вырастают до огромных размеров, а внутри них галактики движутся с большими скоростями; отдельные галактики вращаются с большой скоростью, остающейся большой до самого их края.
Но всего это могло и не быть, если бы материи не было в пять раз больше, чем всё, за что могут отвечать одни лишь протоны, нейтроны и электроны. Нашей картине Вселенной для внутренней непротиворечивости необходима тёмная материя (ТМ). И если она реальна, тогда и у нашего Млечного пути имеется своё гало из ТМ, причём часть этой ТМ проходит через Солнечную систему, Землю и даже ваше тело. И вот как узнать, сколько ТМ находится внутри вас в данный момент.
Для объяснения наблюдаемых явлений во Вселенной на самых крупных масштабах, от реликтового излучения до космической паутины, скоплений галактик и отдельных галактик, требуется тёмная материя
В молодой Вселенной всё было горячее, плотнее и однороднее, чем сегодня. В ранние времена были немногим более плотные участки, в которых содержалось чуть больше среднего материи. Гравитация притягивает к таким участкам больше материи, а излучение работает на её выталкивание.
Если бы у нас была только нормальная материя и составляющие её частицы вкупе с этим излучением, то галактики и галактические скопления сегодня были бы совсем не такими, которые мы видим. Но если ТМ находится в соотношении 5 к 1 с обычной, мы теоретически можем воспроизвести космическую паутину, соответствующую нашим наблюдениям и измерениям.
На крупнейших масштабах симуляции (красный) не соответствуют тому, как скапливаются галактики на самом деле (синий и пурпурный), если только не включить в них тёмную материю.
Одно из последствий существования ТМ состоит в том, что любую крупную структуру, формирующуюся во Вселенной, например, галактику, будет окружать крупное разреженное гало ТМ. Ближе к центру галактик будет собираться нормальная (основанная на атомах) материя, поскольку она способна сталкиваться и взаимодействовать сама с собой и излучением. Но ТМ просто проходить сквозь всё остальное: через саму себя, нормальную материю, фотоны, и т.п.
Частицы ТМ, взаимодействуя только через гравитацию, не могут потерять большой начальный импульс. За всю историю Вселенной каждая частица ТМ могла пройти через центр галактики не более десятка раз.
Согласно моделям и симуляциям, все галактики должны быть окутаны гало ТМ, чья плотность максимальна в центре. Даже на достаточно долгих промежутках времени, длиною в миллиарды лет, каждая частица ТМ на краю гало едва завершит один оборот.
На крупнейших масштабах во Вселенной доминирует тёмная материя. Но там, где находимся мы, в 25 000 световых годах от центра Галактики, локально преобладает обычная материя. На Земле, в Солнечной системе, ситуация ещё сильнее отличается от той, что царит в межзвёздном пространстве. Плотность человеческого тела сравнима с водой – 1000 кг/м3.
Плотность тёмной материи там, где мы живём, даже в наиболее реалистичных симуляциях оказывается во много раз меньше: 10-12 кг/м3. Если собрать всю ТМ, находящуюся внутри всех людей на Земле в определённый момент времени, её не наберётся и на нанограмм.
Землетрясения известны не только трещинами в земле, но и изменениями вращения Земли, которая, к тому же, немного уменьшается в диаметре после завершения полного оборота. На ТМ всё это не влияет, как не влияет и ничто другое, происходящее на Земле, включая наличие или отсутствие людей.
Если собрать всю ТМ со всей Солнечной системы вплоть до орбиты Нептуна, получится не более 1017 кг: масса небольшого астероида. При этом, поскольку она не сталкивается с нормальной материей, она не двигается вместе с Солнечной системой. Она:
- не вращается вокруг Солнца,
- не движется вместе с Солнцем и другими звёздами вокруг галактического центра,
- не остаётся в одной плоскости,
- не вращается с диском Млечного Пути.
Иначе говоря, относительно Земли она под воздействием гравитации движется с довольно большой скоростью!
Гало ТМ вокруг нашей Галактики должно демонстрировать немного отличные свойства взаимодействий, когда Земля вращается вокруг Солнца, изменяя наше движение сквозь ТМ в нашей Галактике.
Если вы хотите узнать, сколько ТМ проходит через ваше тело за определённое время, вам нужно перемножить только четыре значения. Это:
- плотность тёмной материи,
- площадь поверхности человека, через которую проходит ТМ,
- скорость ТМ,
- длительность промежутка времени.
Оценив плотность ТМ – а мы её уже знаем, это 10-21 кг/м3 — мы можем сразу получить ответ.
Нашу Галактику окружает огромное рассеянное гало ТМ, поэтому сквозь нашу Солнечную систему должен идти её поток. Но по плотности он совсем небольшой, из-за чего его очень сложно обнаружить.
Площадь поверхности человека составляет 1,7 м2. Поскольку ТМ может идти со случайного угла, мы можем оценить площадь, пересекаемую ТМ, примерно в 0,6 м2.
Наша Солнечная система движется по орбите вокруг галактического центра со скоростью порядка 200 км/с, но относительно ТМ это движение должно идти быстрее – ближе к 350 км/с. Это значит, что относительно Земли ТМ движется со скоростью порядка 400 км/с.
И мы можем провести вычисления для любого промежутка времени – за каждую секунду, за год, за жизнь человека (порядка 80 лет).
Двигаясь сквозь человеческое тело со скоростью порядка 400 км/с, каждая отдельная частица ТМ очень медленно совершает оборот вокруг галактики, примерно за миллиард лет. Если между ТМ и нормальной материей существует какое-то взаимодействие, у нас будет шанс его засечь.
И если в любой момент времени внутри вас находятся 10-22 кг ТМ, гораздо большее её количество постоянно проходит сквозь вас.
- Каждую секунду сквозь ваше тело пройдёт порядка 2,5 ? 10-16 кг тёмной материи.
- Каждый год – порядка 10-8 кг.
- В течение жизни сквозь человека пройдёт около 1 миллиграмма ТМ.
Крохотное на первый взгляд количество за большой промежуток времени собирается в нечто осязаемое.
Hall B в LNGS с установкой XENON с детектором, расположенным внутри большого водяного щита. Если ТМ пересекается с нормальной материей, то у эксперимента будет шанс напрямую обнаружить ТМ, а у вашего тела – прореагировать с ней.
То, что полученные значения не так уж велики, говорит не только о содержимом нашего тела, но и о том, можем ли мы мечтать найти ТМ. Состоит ли она из частиц очень малой или очень большой массы, по крайней мере, нам известно, какая масс ТМ проходит не только сквозь человека, но и сквозь любой детектор заданного объёма. Если мы предположим, что знаем массу ТМ, мы сможем подсчитать количество частиц, проходящих сквозь что угодно.
Уже несколько десятилетий мы строим всё более крупные и чувствительные детекторы, пытаясь прозондировать возможные неуловимые взаимодействия между ТМ и обычной материей. Самые передовые детекторы сегодняшнего дня используют атомы с большим ядром и большой массы, и ищут признаки отскоков или других взаимодействий. И пока что все схемы прямого обнаружения ТМ ничего не дали.
Ограничения на пересечения свойств тёмной материи и отскока от ядра, включая предсказываемую точность проекта XENON1T. Все сделанные нами попытки найти ТМ полагались на определённый набор предположений о природе ТМ, но размеры этого взаимного пересечения весьма ограничены.
Исходя из наилучших наших предположений, ТМ находится везде. Она может быть невидимой для глаз, но мы можем ощущать её гравитационное притяжение. Она проходит сквозь всю материю Вселенной, включая и людей, так, будто бы там ничего и нет. Насколько нам известно, с ней не происходит никаких столкновений или взаимодействий, кроме искривления пространства-времени под её влиянием. Она не комкуется, не группируется, не формирует структур типа тёмных атомов или молекул.
И всё же, если существует малейший намёк на возможность столкновения ТМ с нормальной материей или излучением, мы сможем его обнаружить. Если даже одна частица ТМ столкнётся с одним протоном или электроном в вашем теле, у нас будет шанс. Сложно просить большего, когда речь идёт об одной из глубочайших загадок Вселенной.
Vladimir_Feschenko
Всё страньше и страньше… Изначально под ТМ понималась вся материя, которую мы не можем наблюдать в ЭМ волнах (черные дыры, сверххолодный газ, нейтрино, нейтронный газ… и т.д.). Почему сейчас ТМ рассматривают как нечто «вааще» не взаимодействующее с обычной материей? Ну нет электрического заряда (нет ЭМИ), но почему бы это не может быть тупо нейтронный газ? (к примеру)
artskep
Вангую потому что тогда бы ТМ накапливалась бы со временем (хоть медленно, но все-таки) и наблюдалась бы значительно проще (нейтрино в принципе наблюдают). Поэтому остается одно — это НЕХ, которая имеет только гравитационное воздействие. Печаль и похоже на костыль, но пока что ничего лучше не придумали…
Vladimir_Feschenko
Она и накапливается (гало галактик) и наблюдается (нейтроны в космических лучах), что не так то?
artskep
Прямого наблюдения ТМ нет. В этом ее главный недостаток.
Накопления per se нет. Где-то здесь от того же Итана уже был науч-поп на эту тему. Грубо говоря, если где-то есть обычная материя, то, конечно, ТМ к ней будет притягиваться (гравитация действует). Но, в отличие от обычной она не будет формировать чего-то плотного.
Ваш пример — нейтронный газ. Если нейтрон весело влетит в звезду, у него есть большой шанс с ней прореагировать (пусть не ЭМ, но влететь в ядро и вступить в ядерную реакцию вполне возможно), потерять энергию и, в конце концов, остаться в ней. Частица ТМ, влетающая в звезду энергию не потеряет, так что пролетит ее и (если скорость недостаточна) будет вокруг нее крутиться вечно (ну, если исключить потери на гравитационные волны, что несерьезно). Поэтому и говорят о гало, а не о планетах из ТМ.
Vladimir_Feschenko
Да, чего то плотного — она формировать не будет (она в ЭМ взаимодействии не участвует). Если нейтрон весело влетит в звезду, то он там скорее всего и останется. А вот то что: «Частица ТМ, влетающая в звезду энергию не потеряет, так что пролетит ее и (если скорость недостаточна) будет вокруг нее крутиться вечно» — пока не доказано (никто таких частиц не фиксировал).
С чего «вааще» кто то придумал, что ТМ «проходит через всё»? Ни до «мишени» ни после её (ТМ) не регистрировали.
artskep
«придумали» потому что ничего лучше не придумали, что бы попадало под текущие наблюдения. Если бы было так много нейтронов, сколько предполагается ТМ, то оно бы за большое количество времени (а Вселенная не вчера родилсь) сконцентрировалось бы в звездах (ну, это уже были бы не нейтроны, но не суть). И тогда бы не пришлось говорить о ТМ, как о преобладающей массе во Вселенной. А именно этим оно и смущает…
Vladimir_Feschenko
Почему нейтроны должны были сконцентрироваться в звёздах? Те что захватила звезда — оно конечно, но остальные то при чём? ТМ же не сконцентрировалась.
Блин… у нейтрона же жизнь короткая… это не нейтроны. Тут сразу другой вопрос: а почему нейтронные звёзды не распадаются? Распад нейтрона на протон и электрон внутри нейтронной звезды и их последующее объединение — это то же самое что и виртуальные частицы и их немедленная аннигиляция без выделения энергии?
Я не назойливый, может тупой, но мне непонятно.
artskep
Ну вот вы и сами поставили вопросы, которые ставят крест но том, что ТМ это нейтронные облака.
Возвращяемся к изначальной точке: что такое ТМ?
Vladimir_Feschenko
Возвращаемся.Время жизни свободных нейтронов определено неверно.
Vladimir_Feschenko
Ну не совсем«свободных» а «квантово не связанных» :)
artskep
Все бы было хорошо, но эксперименты (очень много экспериментов на разных установках) показывают другое…
Если хотите предложить что-то еще, что экспериментально можно подтвердить — предлагайте — Нобелевка вас ждет. Пока… увы…
Vladimir_Feschenko
Пока… да.
Непонятно как распадаются нейтроны в нейтроной звезде, но я это выясню, учитель!
thatsme
Зато нашли стерильные нейтрино…
black_semargl
Нейтрино осциллирует, ТМ — нет.
thatsme
Хмм, а где вы видели ТМ, чтобы говорить о её осциляции? Насколько я понимаю, чёткого списка свойств кроме не взаимодействия с барионной материей никаким другим образом кроме гравитационного, у ТМ нет, и о том, что она осцилирует или нет, — можно только догадываться. Вы сейчас просто вброс сделали, или вы в это верите?
black_semargl
Именно что — ТМ похоже нифига не осциллирует. Или она между видами ТМ осциллирует, что то же самое.
А стерильные нейтрино осциллируют в обычные и взаимодействуют с веществом.
thatsme
Вы сейчас ерунду говорите. Просто посмотрите артикл википедии о ТМ. Раздел «Небарионная тёмная материя», подразделы «Лёгкие нейтрино» и «Тяжёлые нейтрино». Цитата: «Таким образом, тяжёлые нейтрино (парные тяжёлым лептонам с массой менее 45 ГэВ) с необходимостью являются так называемыми «стерильными», то есть не проявляющимися в слабых взаимодействиях в обычных условиях.»
black_semargl
Наличие ещё одного поколения лептонов маловероятно — такой заряженный лептон вполне можно было бы найти в космических лучах.
А вот ещё один тип базовых частиц кроме кварков и лептонов, который взаимодействует только гравитационно — почему нет?
Кроме того, для образования гало вокруг галактик подходит только достаточно узкий диапазон масс частиц (слишком лёгкие «разбрызгаются» по всей вселенной, слишком тяжёлые упадут в центр галактики).
Так что ТМ запросто может быть нескольких видов частиц сразу, из которых в гало только один.
thatsme
Вы сейчас конечно говорите с позиции человека, который на собственном коллайдере уже всё нашёл, и рассуждаете о вероятностях с позиции полученной статистики. Пригласите на церемонию вручения Нобелевской премии пожалуйста, очень давно хотел посмотреть, чем там кормят на фуршете…
Vladimir_Feschenko
А просто ЧД не хватает? Их и БВ много получается.
black_semargl
Вроде они достаточно крупные чтобы такое их количество заметить можно было
Frankenstine
Ну как нашли… По одному эксперименту сказать это слишком опрометчиво. Вон, сверхсветовые нейтрино тоже уже «находили»… Оказалось просто гайку на кабеле не закрутили
black_semargl
Так звёзды они же внутри горячие, столкновение частицы ТМ с тем же протоном температурой в миллионы градусов (скорость порядка 500 км/с) может её даже за пределы галактики выбить.
artskep
«горячее» или «холодное» — это характеристика электромагнитного взаимодействия.
ТМ на то и ТМ, что по определению в электромагнитном взаимодействии не участвует (во всяком случае пока не замечана). Иначе она была бы не ТМ.
Или вы говорите не о столкновении, а о каком-то «гравитационном маневре» частицы ТМ вокруг протона? Ну, флаг вам в руки тогда складывать квантовую механику и гравитацию (ибо элементарные частицы не материальные точки). Последние полвека, как минимум, эти уж с ежом ждут того, кто устроит им проискумитет.
Victor_koly
Вот такой маневр я и придумал. Каждый протон может забрать какую-то ну очень малую часть энергии у частицы ТМ, излучив её потом в виде ЭМ волн.
artskep
А почему тогда эти ЭМ волны не наблюдаются?
И, если энергию так можно забирать, то частицы ТМ будут падать на звезды (и должны бы падать миллиарды лет). Почему же мы не наблюдаем сгустков ТМ в ядрах звезд?
Придумать дело нехитрое. Совместить свои фантазии с реальностью и дать предсказания — значительно сложнее…
black_semargl
Чисто «механическое» столкновение с передачей импульса. Ничего при этом понятное дело не излучается.
Так как ТМ не заряжена — она может пройти хоть прямо сквозь протон, а на нулевом расстоянии даже гравитационное взаимодействие будет большое.
Victor_koly
Нельзя описывать протон термином «пройти на нулевом расстоянии». Если представить протон как что-то с симметричным распредлением массы, то на расстоянии меньше «радиуса» от центра масс протона сила взаимодействия будет падать.
black_semargl
Ну протон как известно состоит из трёх кварков, как они там расположены вопрос сложный но скорей как электроны на орбиталях, болтаются по всему объёму. И взаимодействовать ТМ будет непосредственно с ними.
А сами кварки, скорей всего как и электроны, физического размера не имеют.
Frankenstine
Драсьте, всю жизнь температура была мерой средней кинетической энергии, хоть электрона, хоть протона, хоть нейтрона (см. ядерные реакторы на быстрых, они же горячих нейтронах и на медленных ака холодных). Даже для нейтронной звезды, не обладающий отдельными заряженными частицами, есть понятие температуры. Наконец, есть понятие температуры великого объединения в 10^32 кельвинов, при котором всё кроме гравитации становится неотличимым друг от друга, а с ещё большей температурой и гравитация становится такой же.
artskep
И да, насчет нейтрино забыл. Хорошие кандидаты, но их посчитали — тупо не хватает.
Vladimir_Feschenko
Я вас умоляю… Посчитали где (и как) — регистрируется 1 из 10^8 частиц, а если там совсем другой порядок? Но да, нейтрино — не хватит (или хватит).
artskep
«а если там другой порядок» — это уже не наука. Это уже на тему Летающего Макаронного Монстра.
Пока что эксперименты говорят так. Увы. Если это не так, то нужно подтверждать более лучшим экспериментом.
Vladimir_Feschenko
Я про то что — нет условий для «иедеального» эксперимента (и в настоящем времени никогда нет его).
artskep
Ну, тут уже надо лезть в статистику экспериментов, но, вообще-то, не важно как много регистрируется — важно какая статистика набралась. Сам факт, что это стало общепризнанным в научном сообществе подсказывает мне, что «5 сигма» таки было.
Даже если не так — еще раз — предлагайте лучший эксперимент или гипотезу, которая подтверждает текущие наблюдения и фальцифицируема (напомню, что фальсифицируемость не обязательно должна проверяться в настоящее время).
Vladimir_Feschenko
А не слишком ли на «физиков» надавили «лирики»? Эксперимент — это наше всё, или уже не так?
artskep
Именно так. Матстатистика результатов корректно поставленного эксперимента рулит.
А пока эксперимента нет — давайте хотя бы гипотезы, под которые хотя бы теоретически можно придумать эксперимент (пусть и не сегодня)
Если же вы пытаетесь сказать, что невозможность какого-то эксперимента чего-то доказывает, то это как раз «лирика».
Frankenstine
Другой порядок подразумевает другую физику, так как сколько частиц из скольких регистрируется — выводится из теории, на практике нельзя узнать число не регистрируемых частиц (на то они и не регистрируемые), соответственно если эксперимент даёт правдоподобное число регистраций — наша теория как минимум близка к реальности, и наоборот.
thatsme
см.
maxzhurkin
ЧД сосут, (сверх)холодный газ поглощает излучение и нагревается, трётся сам о себя и нагревается, сжимается под действием гравитации и опять нагревается (в общем, нагревается при любом удобном случае), нейтронного газа не может существовать длительное время (период полураспада свободного нейтрона (не заключённого в атомное ядро и не находящегося в цепких лапах гравитации нейтронной звезды) — около 611 секунд), нейтрино успешно обнаруживаются и их количество, в общем-то, более-менее оценено
4tlen
ЧД не «сосут», как не «сосет» любой гравитирующий объект.
maxzhurkin
Разумеется.
Это была отсылка к ТБВ.
На самом деле, ЧД слишком заметны, чтобы составлять значимую часть ТМ, IMHO
abarkov
Demon_i
Я знаю, что об опечатках в личку, но это уже упорное игнорирование из раза в раз. «И если в любой момент времени внутри вас находятся 10-22 кг ТМ». Вы представляете себе от 10 до 22 кг темной материи внутри тела человека? Ну пишите хоть 10^-22.
homm
Там написано «10 в степени -22», -22 мелким шрифтом и смещено вверх.
artskep
Возможно не у всех хорошо изображается (я проверил у себя на ноуте и на мобиле — вроде нормально). Может или картинкой или не париться и писать 10^-22? Некрасиво, но хотя бы однозначно…
Demon_i
Хм. Каюсь и прошу прощения у автора. Официальный клиент под iPad не отображает форматирование. На андроид телефоне все нормально.
homm
Напишите пожалуйста на support@habr.com (для верности с копией на support@habrahabr.ru), если вам не сложно.
Vladimir_Feschenko
Да, так гораздо лучше. Спасибо.
Borjomy
Интересно, а кто-нибудь считал то интегральное количество фотонов, испускаемое звездами и которое находится «в полете»? Т.е пока фотон пролетает через галактику, его масса принадлежит галактике. Таким образом, к массе всех звезд необходимо прибавить массу фотонов и прочих частиц, которые были испущены звездами за период времени среднего пробега света через галактику.
4erdak
Даже если весь водород во вселенной сжечь до Железа — 56 или Никеля — 62 это будет около 0.97% массы этого водорода, так что считать фотоны нет никакого смысла.
Borjomy
Даже если учесть, что фотоны испускаются и без ядерных преобразований?
Frankenstine
В любом случае на это тратится энергия, а значит масса.
Borjomy
Масса считается всегда, как мгновенное значение. А эта энергия размазана по времени и пространству, вот в чем дело. И те-же самые джеты наблюдаются, если направлены на нас, т.е плотность энергии в некотором объеме может быть запредельной, а видно наблюдателю из нее доли процента.
black_semargl
Лишней энергии взяться просто не откуда — вся кинетическая энергия это изначально или энергия ядерного синтеза, или энергия гравитационного сжатия вещества (те же джеты именно она). Ну и ещё совсем чуть-чуть исходного излишка в виде реликтового излучения)
И если при ядерном синтезе как энергия выделяется менее 1% массы вещества, то гравитация может и 10% выделить.
Но всё равно это на порядки меньше массы вещества получится.
Borjomy
Я немного про другое. Возьмем точку 0 сек (фиксируем состояние на тот момент, когда до нас дошел свет). Галактика в диаметре, например, 100 тысяч световых лет. На точку ноль мы оцениваем массу галактики по светимым объектам. Но. В галактике на этот момент находится еще излученная галактикой энергия в виде элементарных частиц, солнечного ветра, пыли и прочих прозрачных объектов в интегральном выражении за 50 тысяч лет. Сейчас даже в поясе Койпера планеты найти не могут. Что уж говорить про более далекие объекты. Не говоря уже о том, что пыль задерживает свет и оценки светимости, по которым масса определяется, могут занижаться. Исхожу из принципа Бритвы Оккама.
4erdak
Во первых все это такие копейки, что оно не оказывает никакого влияния, или же его просто нереально измерить.
Во вторых вы говорится с учетом той позиции, принятой за факт, что масса и энергия эквивалентны в глобальном масштабе и того, что любая энергия может создавать гравитацию(замедлять время в пространстве вокруг себя). Но лично мое мнение в том, что конкретно в этом случае был прав как раз Ньютон, а не Эйнштейн и никто еще внятно не доказал, что летящие тела создают больше гравитации чем покоящиеся, что нагретые тела создают больше гравитации чем холодные, или что фотоны могут создавать гравитацию самим фактом своего существования, все это лишь догмы, которые ничем не обеспечены.
black_semargl
Тут вопрос больше в том, что «потерянная» масса на порядок превышает видимую (звёзды+газ)
Так что если бы это были хоть что-то отражающие тела — они бы просто обнаружимую фоновую засветку дали.
leex
Представим на миг что мы живем в двумерном мире, который сформирован на одной из плоскостей пересекающих объемный трехмерный мир. Мы видим только то что попадает в плоскость сечения, объект находящийся вне плоскости не будет взаимодействовать с нашим миром. Но его присутствие и гравитационное воздействие будет подтверждаться нашими расчетами. А теперь увеличим разрядность — наш мир трехмерный, а вселенная четырехмерная…
Frankenstine
И как это соотносится с реальностью? Если ваш двумерный мир пересекает трёхмерный предмет, воздействие от него всё равно локализовано примерно в области, где наблюдается пересечение. С тёмной материей же всё в точности до наоборот, она наблюдается везде примерно одинаково, почти без зависимости от наблюдений обычной материи. Так что ваши фантазии в данном случае не на ту тему.
dTex
думаю автор имел ввиду, что весь наш трехмерный мир может быть результатом пересечения миров высшего порядка, также как прямая — результат пересечения двух плоскостей. Это бы объясняло космологическую константу — почему плотность энергии вакуума не убывает с расширением Вселенной, почему пространство стремится быть плоским, наверно даже можно было бы этим объяснить все что угодно, но если мы не сможем эти высшие измерения как-то "пощупать", останется только гадать. Но скорей всего, как например мне кажется, наша Вселенная не замкнутая система отсюда и все эти фокусы с нарушением закона сохранения энергии.
Frankenstine
Ну, по поводу пересечений с более-мерными пространствами — мы бы заметили что что-то происходит необъяснимым образом, по мере того как более-мерный объект движется в пространстве. Мы же наблюдаем вполне статичную картину, которую можем описать формулами, не требующими привлечения дополнительного (протяжённого) измерения.
То есть математика многомерных пространств у нас вполне себе развита, и если бы ею можно было бы как-то объяснить наблюдаемые факты — это бы уже было бы сделано. Однако нет, мы не обнаруживаем ничего, что давало бы хоть намёк на дополнительное (хотя бы одно) пространственное измерение (повторяю, протяжённое: замкнутые измерения на планковских масштабах присутствуют в струнной теории).
Насчёт несохранения энергии — его в явном виде не наблюдается. Просто из-за искажений пространства-времени гравитацией, мы не можем вывести соответствующие формулы в глобальном масштабе. В меньших масштабах, когда кривизна пространства достаточно невелика по всему рассматриваемому объёму, закон сохранения энергии есть в математическом виде и соблюдается на протяжённом временном интервале (если не считать саму Вселенную за «нарушителя», существующего слишком долго чтобы быть флуктуацией, но для такого масштаба и формулы наши неприменимы опять же).
dTex
а ускоряющееся расширение Вселенной разве не есть это самое, что "мы бы заметили"? тёмная энергия, космологическая константа.
Frankenstine
А как вы к нему «привяжете» ещё одно пространственное измерение?
Возьмите тот же двумерный мир и потяните его в стороны. Расширение есть, но значит ли это что есть третье измерение? Нет, это никак из расширения не вытекает.
dTex
а откуда берётся энергия на это расширение? пространство ведь не просто абсолютная пустота, и мы видим, что его становится все больше и больше.
Frankenstine
А почему вы решили, что на расширение требуется энергия? Когда мы тянем в стороны листик, да, мы прилагаем усилия для противодействия силе притяжения молекул листа. Но если мы будем рассматривать, скажем, конденсацию воды на поверхности, то лужа растягивается без приложения к ней усилий.
Возвращаясь к пространству, если мы каким-то образом «вставляем» новые объёмы пространства в существующее, никаких усилий не прикладывается (если сама «вставка» не требует усилий). Единственный вариант, когда это не работает — если пространство само по себе обладает энергией, тогда её откуда-то надо взять. Но, пока что, нет никаких намёков на то, что само пространство обладает энергией, а не материя в нём (открытый вопрос — энергия нулевых колебаний вакуума).
Таким образом, если мы будет достаточно медленно добавлять равномерно пространство, локально не будет заметно никаких изменений (фундаментальные взаимодействия скомпенсируют добавление, а малая скорость расширения сделает невозможным фиксирование тех ничтожных сил растяжения), но в глобальном масштабе огромных расстояний, ничтожные по нашим меркам увеличения объёма приведут к весьма заметным эффектам, которые мы и наблюдаем.
dTex
ну вот капли кондесируются в лужу — они же попадают туда не из плоскости лужи и с т.зр. лужинян в их системе идёт необъяснимый рост энергии. более того лужа формируется под действием притяжения земли и сопротивления например асфальта.
Frankenstine
Ну не надо примитивные аналогии, поясняющие один из аспектов, сразу натягивать на всё остальное. Ещё теплоту конденсации забыли упомянуть) Суть была в том, что энергия для расширения пространства не обязательна. Подчёркиваю вторично, при условии, что само пространство не обладает энергией.
dTex
пусть есть два объекта, каждый из них однороден, т.е. в каждом своё какое-то состояние, которое в нем равномерно распределено. Но между ними есть какое-то различие, которое позволяет им, взаимодействуя, рождать какое-то третье состояние в сечении их взаимодействия. Оба объекта однородны поэтому везде, где они пересекаются происходят одни и те же процессы. Начало взаимодействия происходит в какой-то точке, но очень быстро, быстрее скорости света, "площадь" взаимодействия растёт (чем не инфляция и большой взрыв), далее все это порождает явления специфичные только для этого мира на пересечении, поэтому те два объекта-родоначальника, не могут быть обнаружены с помощью чего-либо, что состоит из вещества- энергии мира-пересечения. Ведь возможно такое?
Frankenstine
Я не понял, зачем тут нужно дополнительное измерение, ведь всё о чём вы говорите работать будет и без него.
dTex
может тут неточность терминологии, суть в том, что явления из мира пересечения не могут взаимодействовать с этими первоначальными обьектами, и они находятся "подчиненном" так сказать состоянии также как одномерная прямая и формирующие её двумерные плоскости. А как впихнуть в наш мир такие Объекты, не привлекая доп измерения?
Frankenstine
Ну вот берём бесконечную НЕХ одного типа в нашем трёхмерном пространстве, и сталкиваем с другой бесконечной НЕХ опять же в нашем трёхмерном пространстве. Результат абсолютно тот же самый, что с дополнительным измерением. Ведь чтобы объяснить этим способом равномерное расширение пространства, эти НЕХ должны быть пространственно бесконечны как минимум в двух измерениях. Короче, бред. Бесконечный бред :) А главное — никак не формализуемый (и, соответственно, не проверяемый экспериментально) в виде научной теории, в отличии от существующих теорий тёмной материи.
dTex
непонятно зачем эти НЕХи должны быть бесконечными? достаточно большими, да, мы видим расширение пространства, но не факт, что оно потом не сменится сжатием, с такими же непонятными эффектами как постоянная энергия вакуума. А может просто те Объекты закончатся без уменьшения и щелк, свет погаснет. И в нашем мире такое столкновение не прокатит, т.к. нужно чтобы создавалось именно пространство. В принципе, бред так бред, ТМ тоже все никак не верифицируется.
Frankenstine
Мы видим пространство на глубину 14 миллиардов лет, и на всём этом объёме лишь расширение, повсеместное. О каком сжатии можно вести речь в таких условиях? Что за НЕХ длиной в 28 миллиардов световых лет (грубо говоря, 14 спереди и 14 сзади, хотя на самом деле гораздо больше из-за самого расширения) вы навоображали?
А главное, как вы с этой идеей собираетесь работать в практическом плане?
Frankenstine
Вот здесь я отвечу отдельно. Да, если мы берём фиксированный момент времени, то в нём существуют виртуальные частицы, дающие реальный эффект в случае прохождения в рассматриваемом объёме реальных частиц. И поскольку объём Вселенной очень высок, возможно даже бесконечен, нам создаётся впечатление, что во Вселенной бесконечное количество энергии, которая откуда-то берётся. Но если посмотреть на промежуток времени, то в нём возникает и исчезает примерно одинаковое количество виртуальных частиц, в итоге энергетический баланс оказывается примерно нулевым — сколько энергии появилось в виде флуктуации за время эн, примерно столько же и исчезло.
Мы не знаем, по какой причине происходят флуктуации, какой у них механизм (как возникает энергия из ниоткуда и почему в том или ином виде, т.е. конкретных парах частиц), можем лишь оценить их плотность энергии на единицу объёма, причём весьма приблизительно. Но понятно, что раз энергия, которая возникает, в скором времени исчезает, использовать её в практических целях невозможно.
И тут встаёт вопрос: а может мы просто неправильно считаем? Может ноль энергии это не тот ноль, что у нас математически? И в квантовой механике примерно так и поступают. В квантовой электродинамике переходят к отсчёту энергии не с нуля, а с нулевого уровня вакуумного состояния электромагнитного поля. Средние значения электрического и магнитного полей в вакуумном состоянии равны нулю, но средние значения квадратов этих величин больше нуля. В результате бесконечная энергия «исчезает», и вопрос расширения пространства вообще становится элементарным — энергии во Вселенной не становится больше с её увеличением.
thatsme
Вы сейчас описали время. Время это 1-но мерная проекция 4-го пространственного измерения (над нами) в наш 3-х мерный мир, где оно отображается как точка (у нас-же). Хм…:
1. Время это тёмная материя, и взаимодействует с гравитацией [шутка?]
2. В 4-х мерном мире где время это направление, можно перемещаться во времени. [срочно нужна машина времени]
3. Жизнь каждой частицы вселенной в 4-м измерении предопределена и имеет начало и конец и частицы выглядят как струны… Что-то мне это напоминает…
thatsme
Поправка: Время это 0- мерная проекция
4erdak
Вы мыслите в правильном направлении, и вообще сама ОТО и теория струн к примеру построены на том, что у нас в наличии есть более 3 измерений, я не понимаю какого хрена чувак внизу пытается все на корню опровергать, у него видимо свербид в заду.
Подробнее читайте здесь где я писал, что доказательством того, что наш трехмерный мир не просто часть мерности большей разрядности, но и неизбежно замкнут сам на себя, это простая геометрия, которая работает на космологических масштабах.
Но дело в том, что происходящее в других измерениях не может быть причинно связаны с нашей вселенной, да и сама гравитация это воздействие материи из НАШЕЙ вселенной на ход времени в ней же, потому чем бы там не являлась ТМ она определенно находится в «нашем» 3-мерном пространстве.
thatsme
Почему?
Я сейчас тоже фантазирую:
У нас по идее как минимум 3 мерности совпадать должны, а ещё и время (точка «сейчас»), 0-мерная проекция из измерения верхнего порядка в наш 3-х мерный мир. Ведь не сказано нигде, что 4-х мерное пространство/время нас не включает. Другой вопрос, почему проекция времени в наш мир, с нашей точки зрения имеет вектор движения. При этом скорость перемещения в 3-х пространственных координатах имеет суммарный вектор обратно направленный проецируемому (эффект замедления времени для движущихся объктов). Также и воздействие гравитаций, в нашем пространстве, имеет вектор обратно направленный проецируемому вектору времени. Тут у меня происходит взрыв мозга, и если все эти фантазии не полная фигня, то нужно ещё долго и упорно думать. Эти два эффекта они на самом деле, один и тот-же эффект? Может-ли быть гравитация, 3-х мерной проекцией в наш континуум из 7-ми мерного пространства? Всё тут я совсем сломался, дальше фантазия отключилась.
leex
Последнее утверждение… не совсем согласен
Мы знаем что «сама гравитация это воздействие материи из НАШЕЙ вселенной на ход времени в ней же», но также мы видим что галактики вращаются как-то «неправильно», вещество на космологических масштабах распределяется как-то «непонятно»… т.е. налицо признаки того что влияет что-то еще. (только не говорите что это темная материя/энергия)
Далее… «чем бы там не являлась ТМ она определенно находится в «нашем» 3-мерном пространстве» — а только ли в нашем?
leex
Пофантазирю дальше… Представим себя в плоском мире. За плоскостью нашего мира есть источник частиц (звезда), частицы пересекая нашу плоскость рождают… виртуальные частицы?
black_semargl
Возможно, но принцип Оккама против.
Достаточно просто «волн на поверхности», чтобы получились брызги.
Warrior31337
Ну в общем и целом (очень грубо) вы «дофантазировались» до «M-теории» =)
VnNort
Возможно темная материя эта некая субстанция находящаяся в другой вселенной или в другом измерении нашей вселенной.
Мысленный эксперемент:
Если лист бумаги представить двухмерной вселенной — «А», находящейся в 3х-мерной, а другой такой-же лист, вселенной «А1».
Расположим во вселенной «А1» магнит который своим полем будет влиять на вселенную «А». Жители вселенной «А» смогут почувствовать влияние
темной материимагнита, но никогда не найдут сам магнит.Возможно так и мы никогда не найдем темную материю
магнит, т.к., возможно, она в инной недосягаемой реальности.Frankenstine
У вас опять же получается магнит бесконечного размера, что противоречит здравому смыслу.
VnNort
Но и вселенная бесконечного размера, а «магнит» того размера, который необходим для сущестования нашей.
Frankenstine
Во-первых, бесконечна ли вселенная, вопрос философский.
Во-вторых, на самом деле, бесконечный магнит даст равномерное поле, которое вообще никак не будет сказываться. То есть это будет просто модификация константы интегрирования. Смещение нуля, и всё.
VnNort
Магнит — это всего лишь метафора. Скорее всего ТМ — это совсем не магнит. но, возможно, некая материя находится в другой вселенной (измерении) не обязательно параллельно с нашей, а может даже пересекается, а мы ощущаем только гравитацию этой материи.
Frankenstine
А чем это объяснение лучше «обычной» тёмной материи?
homm
Если вы имеете в виду обычную или близкую по свойствам к обычной материю в другой параллельной вселенной, то это тоже невозможно, так как ТМ не группируется под действием электромагнитных сил в комки, как это делает обычная материя, и совершенно иначе распределена в галактиках.
Получается, что по этой теории ТМ все еще будет совершенно иных свойств, нежели привычная барионна, но только в другой вселенной. Вопрос, зачем тогда нужно это объяснение с другой вселенной, почему ТМ не может быть при всех прочих свойствах в нашей вселенной? Так-то мы можем хоть каждую частицу в отдельную вселенную засунуть и сказать, что они так же взаимодействуют сквозь вселенные, да только какой в этом смысл.
carpaccio
Это вариация классического вопроса о количестве ангелов, которые могут поместиться на острие иглы.