暗物質。 六大宇宙學問題

宇宙尺度上物體的運動遵循古老的牛頓理論。 然而，Fritz Zwicky 在30 世紀27 年代的發現以及隨後對旋轉速度快於其表觀質量的遙遠星系的大量觀測，促使天文學家和物理學家計算暗物質的質量，而暗物質的質量無法在任何可用的觀測範圍內直接確定。 到我們的工具。 結果證明這個估計非常高——現在估計宇宙質量的近 XNUMX% 是暗物質。 這是我們觀察到的「普通」物質的五倍多。

不幸的是，基本粒子似乎沒有預見到構成這種神秘質量的粒子的存在。 到目前為止，我們還無法偵測到它們或在碰撞過程中在加速器中產生高能量束。 科學家最後的希望是發現「惰性」中微子，它可以構成暗物質。 然而，到目前為止，檢測它們的嘗試也沒有成功。

暗能量

由於人們在 90 年代發現宇宙的膨脹不是恆定的，而是在加速，因此需要對計算進行另一項補充，這次是宇宙中的能量。 事實證明，為了解釋這種加速度，需要額外的能量（即質量，因為根據狹義相對論它們是相同的） - 即暗能量－應該佔宇宙的 68% 左右。

這意味著超過三分之二的宇宙由…誰知道是什麼組成！ 因為，與暗物質一樣，我們無法捕捉或探索它的本質。 有些人認為這是真空能量，與量子效應導致粒子「無中生有」出現的能量相同。 其他人則認為它是“精髓”，即自然的第五種力量。

還有一種假設認為，宇宙學原理根本不適用，宇宙是異質的，不同區域有不同的密度，這些波動造成了加速膨脹的假象。 在這種情況下，暗能量問題就只是幻覺。

愛因斯坦將這個概念引入他的理論中，然後又刪除了 宇宙常數與暗能量有關。 量子力學理論家繼續這個概念，試圖取代宇宙常數的概念 量子真空場能。 然而，這個理論給了 10¹²⁰ 比以我們所知的速度膨脹宇宙所需的能量還要多…

通貨膨脹

理論 宇宙膨脹 它解釋了很多令人滿意的事情，但引入了一個小問題（好吧，對每個人來說都不是小問題）——它表明在其存在的早期，其膨脹速度大於光速。 這可以解釋當前可見的宇宙物體的結構、它們的溫度、能量等。然而，關鍵是尚未發現這一古老事件的痕跡。

來自倫敦帝國學院、赫爾辛基大學和哥本哈根大學的研究人員於 2014 年在《物理評論快報》中描述了重力如何為宇宙在發展早期的嚴重膨脹中提供所需的穩定性。 團隊分析了 希格斯粒子與引力之間的相互作用。 科學家已經證明，即使是這種類型的微小相互作用也可以穩定宇宙並使其免於災難。

螺旋星系M33自轉速度圖

「科學家用來解釋基本粒子的性質及其相互作用的粒子物理學標準模型仍然沒有回答為什麼宇宙在大爆炸後沒有立即崩潰的問題，」教授指出。 背部拉賈蒂 來自帝國學院物理系。 「在我們的研究中，我們關注的是標準模型的一個未知參數，即希格斯粒子與重力之間的相互作用。 此參數無法在粒子加速器實驗中測量，但它對暴脹階段希格斯粒子的不穩定性有很大影響。 即使這個參數的值很小也足以解釋生存。”

類星體照亮的暗物質網

一些科學家認為，通貨膨脹一旦開始就很難停止。 他們的結論是，其結果是創造了新的宇宙，與我們的宇宙在物理上是分開的。 而這個過程將會持續到今天。 多元宇宙仍在快速膨脹中創造新的宇宙。

回到光速恆定的原理，一些暴脹理論家認為，光速是一個嚴格的限制，但不是常數。 在早期，考慮到通貨膨脹，這一數字更高。 現在它繼續下降，但速度太慢以至於我們無法注意到它。

結合互動

目前普通物質、暗物質和暗能量的平衡

雖然標準模型結合了三種自然力，但並沒有讓所有科學家滿意地結合弱力和強力。 引力處於邊緣地位，尚不能包含在基本粒子世界的通用模型中。 任何將引力與量子力學相協調的嘗試都會在計算中產生如此多的無窮大，以至於方程式失去了它們的價值。

量子重力論 需要打破由等效原理可知的引力質量和慣性質量之間的聯繫（參見文章：“宇宙六大原理”）。 違反這項原則就會破壞現代物理學的大樓。 因此，這樣一個為一切夢想理論開闢道路的理論，也可能摧毀迄今為止已知的物理學。

儘管引力太弱，在小尺度的量子相互作用中無法被注意到，但在量子現像力學中，它有一個地方變得足夠強大，足以產生影響。 這 黑洞。 然而，人們對發生在其內部和郊區的現象仍然知之甚少。

設定宇宙

標準模型無法預測粒子世界中出現的力和質量的大小。 我們透過測量並向理論添加數據來了解這些量。 科學家不斷發現，測量數量的微小差異足以使宇宙變得完全不同。

例如，它具有我們所知的支持穩定物質所需的最小質量。 暗物質和能量的數量經過仔細平衡才能形成星系。

調整宇宙參數最神秘的問題之一是 物質相對於反物質的優勢才能讓一切穩定存在。 根據標準模型，應該產生等量的物質和反物質。 當然，從我們的角度來看，物質具有優勢是件好事，因為等量意味著宇宙的不穩定，兩種物質的猛烈湮滅都會動搖宇宙的不穩定。

多元宇宙的可視化與膨脹與收縮的宇宙

測量問題

解決方法 測量 量子物體 意味著波函數的崩潰，即它們的狀態從二（薛丁格的貓處於“生或死”的不確定狀態）“改變”為一（我們知道貓發生了什麼）。

與測量問題相關的更大膽的假設之一是「多個世界」的概念——我們在測量時從中選擇的可能性。 世界每時每刻都在分離。 所以，我們有一個世界，在這個世界中，我們可以看到一個有貓的盒子，也有一個世界，在這個世界中，我們不可以看到一個有貓的盒子…第一個世界，是貓生活的世界，或說是一個世界。他並不居住，等等。d．

他認為量子力學有嚴重錯誤，因此他的觀點不能掉以輕心。

四種基本交互