Kas yra materija?

Mus supa materija. Tiesą sakant, mes esame svarbūs. Viskas, ką aptinkame visatoje, taip pat yra materija. Tai taip fundamentalu, kad mes tiesiog sutinkame, kad viskas sudaryta iš materijos. Tai yra pagrindinis visko elementas: gyvybė Žemėje, planeta, kurioje gyvename, žvaigždės ir galaktikos. Paprastai tai apibrėžiama kaip viskas, kas turi masę ir užima daug vietos.

Medžiagos statybiniai blokai vadinami „atomais“ ir „molekulėmis“. Jie taip pat yra materija. Medžiaga, kurią galime normaliai aptikti, vadinama „baryonine“ materija. Tačiau yra ir kitas dalykas, kurio negalima tiesiogiai aptikti. Bet jos įtaka gali. Tai vadinama Juodoji medžiaga.

Nesunku ištirti normaliąją ar „baroninę materiją“. Jis gali būti suskaidytas į subatomines daleles, vadinamas leptonais (pavyzdžiui, elektronai) ir kvarkais (protonų ir neutronų statybiniais blokais). Tai yra tai, kas sudaro atomus ir molekules, kurios yra visko, nuo žmogaus iki žvaigždės, sudedamosios dalys.

Normalioji materija yra švytinti, tai yra, ji sąveikauja elektromagnetiniu ir gravitaciniu ryšiais su kita materija ir su radiacija. Tai nebūtinai šviečia, kaip mes galvojame apie spindinčią žvaigždę. Tai gali skleisti kitą radiaciją (pvz., Infraraudonąją).

Kitas aspektas, iškilęs aptariant materiją, yra tai, kas vadinama antimaterija. Pagalvokite apie tai kaip atvirkštinę normaliosios materijos (o gal veidrodinį vaizdą). Apie tai dažnai girdime, kai apie tai kalba mokslininkai materijos / anti-materijos reakcijos kaip energijos šaltiniai. Pagrindinė antimedžiagos idėja yra ta, kad visos dalelės turi antidalelę, kurios masė yra vienoda, tačiau priešinga nugara ir krūvis. Kai medžiaga ir antimaterija susiduria, jie sunaikina vienas kitą ir sukuria gryną energiją gama spinduliai. Tas energijos kūrimas, jei būtų galima panaudoti, suteiktų didžiulę galią bet kuriai civilizacijai, kuri sugalvotų, kaip tai padaryti saugiai.

Priešingai nei įprasta medžiaga, tamsiosios medžiagos yra nešviesios. Tai yra, jis nesąveikauja elektromagnetiniu būdu, todėl atrodo tamsus (t. Y. Neatspindės ir neišduos šviesos). Tikslus tamsiosios medžiagos pobūdis nėra gerai žinomas, nors jos poveikį kitoms masėms (pvz., Galaktikoms) pastebėjo astronomai, tokie kaip dr. Vera Rubin ir kiti. Tačiau jo buvimą galima nustatyti pagal gravitacinį poveikį, kurį jis daro normaliai medžiagai. Pavyzdžiui, jo buvimas gali apriboti žvaigždžių judesius galaktikoje.

Šiuo metu yra trys pagrindinės „daiktų“, sudarančių tamsiąją medžiagą, galimybės:

• Šalta tamsi medžiaga (CDM): Yra vienas kandidatas, vadinamas silpnai sąveikaujančia didžiule dalele (WIMP), kuri galėtų būti šaltosios tamsiosios medžiagos pagrindas. Tačiau mokslininkai mažai žino apie tai ar kaip ji galėjo susiformuoti ankstyvoje Visatos istorijoje. Kitos CDM dalelių galimybės apima ašis, tačiau jos niekada nebuvo aptiktos. Galiausiai yra MACHO („kompaktiški kompaktiški halo objektai“). Jie galėtų paaiškinti išmatuotą tamsiosios medžiagos masę. Šie objektai apima Juodosios skylės, senovės neutronų žvaigždės ir planetų objektai kurie visi yra nešviečiantys (arba beveik tokie), tačiau vis tiek sudaro nemažą masės kiekį. Tai patogiai paaiškintų tamsiąją medžiagą, tačiau čia yra problema. Jų turėtų būti daug (daugiau, nei būtų galima tikėtis atsižvelgiant į tam tikrų galaktikų amžių), o jų pasiskirstymas turėtų būti neįtikėtinai gerai pasklidę po visą visatą, kad paaiškintų tamsiąją medžiagą, kurią astronomai rado „ten“. Taigi šaltos tamsiosios medžiagos išlieka "darbu progresas."
• Šilta tamsi materija (WDM): Manoma, kad tai sudaro sterilūs neutrinai. Tai dalelės, panašios į normalius neutrinus, išskyrus tai, kad jos yra daug masyvesnės ir nesąveikauja per silpną jėgą. Kitas kandidatas į WDM yra gravitino. Tai yra teorinė dalelė, kuri egzistuotų, jei supergravitacijos teorija - susimaišymas bendrasis reliatyvumas ir supersimetrija - įgauna trauką. WDM taip pat yra patrauklus kandidatas paaiškinti tamsiąją medžiagą, tačiau sterilių neutrinų arba gravitino egzistavimas geriausiu atveju yra spekuliatyvus.
• Karšta tamsi materija (HDM): Dalelės, laikomos karšta tamsiąja medžiaga, jau yra. Jie vadinami „neutrinu“. Jie keliauja beveik šviesos greičiu ir ne „sulipkite“ kartu taip, kaip mes projektuojame tamsiąją medžiagą. Taip pat atsižvelgiant į tai, kad neutrinas yra beveik beveidis, neįtikėtino jų kiekio prireiktų, kad susidarytų žinomas tamsiosios medžiagos kiekis. Vienas paaiškinimas yra tas, kad yra dar nenustatytas neutrino tipas ar skonis, panašus į jau žinomus. Tačiau ji turėtų žymiai didesnę masę (taigi, galbūt ir mažesnį greitį). Bet tai turbūt labiau panašu į šiltą tamsiąją medžiagą.

Medžiaga neegzistuoja be įtakos visatoje ir egzistuoja įdomus ryšys tarp radiacijos ir materijos. Šis ryšys nebuvo gerai suprantamas iki XX amžiaus pradžios. Tada Albertas Einšteinas pradėjo galvoti apie ryšį tarp materija ir energija bei radiacija. Štai ką jis sugalvojo: pagal jo reliatyvumo teoriją masė ir energija yra lygiaverčiai. Jei pakankamai spinduliuotės (šviesos) susiduria su kitais pakankamai didelės energijos fotonais (kitu žodžiu - šviesos žodis „dalelės“), gali būti sukurta masė. Šį procesą mokslininkai tiria milžiniškose laboratorijose su dalelių susidūrėjais. Jų darbai gilinasi į materijos širdį, ieškodami mažiausių žinomų dalelių.

Taigi, nors radiacija nėra aiškiai laikoma materija (ji neturi masės ar neužima tūrio, bent jau ne tiksliai apibrėžtu būdu), ji yra susijusi su materija. Taip yra todėl, kad radiacija sukuria materiją, o materija sukuria radiaciją (pavyzdžiui, kai medžiaga ir anti-materija susiduria).

Žengdami materijos ir radiacijos ryšį žingsniu toliau, teoretikai taip pat siūlo manyti, kad mumyse egzistuoja paslaptinga radiacija visata. Tai vadinama tamsi energija. Jos prigimtis visai nesuprantama. Galbūt, kai bus suvokta tamsiosios materijos, mes taip pat suprasime ir tamsiosios energijos prigimtį.

Redagavo ir atnaujino Carolyn Collins Petersen.