Что такое материя?

Мы окружены материей. На самом деле, мы МЫ. Все, что мы обнаруживаем во вселенной, также имеет значение. Это настолько фундаментально, что мы просто признаем, что все сделано из материи. Это фундаментальный строительный блок всего: жизни на Земле, планеты, на которой мы живем, звезд и галактик. Это обычно определяется как все, что имеет массу и занимает объем пространства.

Строительные блоки материи называются «атомами» и «молекулами». Они тоже имеют значение. Вещество, которое мы можем обнаружить нормально, называется «барионной» материей. Однако существует другой тип материи, который не может быть обнаружен напрямую. Но его влияние может. Это называется темная материя.

Легко изучать нормальное вещество или «барионное вещество». Он может быть разбит на субатомные частицы, называемые лептонами (например, электронами) и кварками (строительными блоками протонов и нейтронов). Это то, что составляет атомы и молекулы, которые являются составляющими всего от людей до звезд.

Нормальное вещество светящееся, то есть оно электромагнитно и гравитационно взаимодействует с другим веществом и излучение. Он не обязательно сияет, как мы думаем о сияющей звезде. Это может испускать другое излучение (например, инфракрасное излучение).

Другой аспект, который возникает при обсуждении вопроса, это то, что называется антивеществом. Думайте об этом как об обратном нормальному веществу (или, возможно, зеркальному отображению) этого. Мы часто слышим об этом, когда ученые говорят о материальные / антиматерные реакции как источники энергии. Основная идея антиматерии заключается в том, что все частицы имеют античастицу, которая имеет одинаковую массу, но противоположный спин и заряд. Когда материя и антивещество сталкиваются, они уничтожают друг друга и создают чистую энергию в форме гамма излучение. Это создание энергии, если ее можно было бы использовать, дало бы огромное количество энергии любой цивилизации, которая могла бы выяснить, как сделать это безопасно.

В отличие от нормальной материи, темная материя - это материал, который не светится. То есть он не взаимодействует электромагнитно и поэтому выглядит темным (то есть он не будет отражать или испускать свет). Точная природа темной материи не очень известна, хотя ее влияние на другие массы (например, галактики) было отмечено астрономы, такие как доктор Вера Рубин и другие. Однако его присутствие можно обнаружить по гравитационному воздействию, которое он оказывает на нормальное вещество. Например, его присутствие может ограничивать движения звезд, например, в галактике.

В настоящее время существует три основных возможности для «вещей», составляющих темную материю:

• Холодная темная материя (МЧР): Есть один кандидат, названный слабо взаимодействующей массивной частицей (WIMP), который может быть основой для холодной темной материи. Однако ученые мало что знают об этом или о том, как он мог сформироваться в начале истории Вселенной. Другие возможности для частиц CDM включают аксионы, однако, они никогда не были обнаружены. Наконец, есть MACHO (MAssive Compact Halo Objects), они могут объяснить измеренную массу темной материи. Эти объекты включают черные дырыдревний нейтронные звезды и планетарные объекты которые все не светятся (или почти так), но все же содержат значительное количество массы. Это удобно объясняет темную материю, но есть проблема. Их должно быть много (больше, чем можно было бы ожидать, учитывая возраст некоторых галактик), и их распределение должно быть невероятным хорошо распространены по всей вселенной, чтобы объяснить темную материю, которую астрономы обнаружили "там". Таким образом, холодная темная материя остается «работой в прогресс."
• Теплая темная материя (WDM): Считается, что это состоит из стерильных нейтрино. Это частицы, которые похожи на нормальные нейтрино, за исключением того, что они гораздо более массивны и не взаимодействуют через слабую силу. Другой кандидат на WDM - это гравитино. Это теоретическая частица, которая будет существовать, если теория супергравитации - смешивание общая теория относительности и суперсимметрия - усиление тяги. WDM также является привлекательным кандидатом для объяснения темной материи, но существование стерильных нейтрино или гравитино в лучшем случае является спекулятивным.
• Горячая темная материя (HDM): частицы, которые считаются горячей темной материей, уже существуют. Их называют "нейтрино". Они путешествуют в почти скорость света и не "слипаться" вместе так, как мы проецируем темную материю. Кроме того, учитывая, что нейтрино почти безмассовые, их будет необходимо невероятное количество, чтобы составить количество темной материи, о которой известно, что она существует. Одно из объяснений состоит в том, что существует еще не обнаруженный тип или аромат нейтрино, которые были бы похожи на те, которые уже известны. Тем не менее, он будет иметь значительно большую массу (и, следовательно, возможно, более медленную скорость). Но это, вероятно, будет больше похоже на теплую темную материю.

Материя не может существовать без влияния во вселенной, и между излучением и материей существует любопытная связь. Эта связь не была хорошо понята до начала 20-го века. Именно тогда Альберт Эйнштейн начал думать о связи между иметь значение и энергия и радиация. Вот что он придумал: согласно его теории относительности масса и энергия эквивалентны. Если достаточное количество излучения (света) сталкивается с другими фотонами (другое слово для «частиц» света) с достаточно высокой энергией, масса может быть создана. Этот процесс - то, что ученые изучают в гигантских лабораториях с коллайдерами частиц. Их работа проникает глубоко в сердце материи, ища мельчайшие частицы, о которых известно, что они существуют.

Таким образом, в то время как излучение явно не считается материей (оно не имеет массы или занимает объем, по крайней мере, не вполне определенным образом), оно связано с материей. Это потому, что радиация создает материю, а материя создает радиацию (например, когда материя и антиматерия сталкиваются).

Сделав еще один шаг в направлении связи материи и радиации, теоретики также предполагают, что в нашей вселенная. Это называется темная энергия. Его природа не понята вообще. Возможно, когда темная материя будет понята, мы также поймем природу темной энергии.

Отредактировано и обновлено Кэролин Коллинз Петерсен.