Файл: Вселенная и темная материя.docx

Тёплой называют ТМ, составленную из частиц массой больше или порядка 1 эВ. Естественно, они были релятивистскими в момент выхода из равновесия. В отдельный вид ТМ эти частицы выделяют потому, что горячая ТМ является релятивистской на момент перехода от радиационно-доминированной к пылевидной стадии расширения Вселенной, а тёплая уже не является. Это важно, поскольку рост возмущений плотности происходит существенно по-разному на этих стадиях.

1.5 Свойства тёмной материи

На основании исследований доказано:

1) Тёмной материей скорее всего не может быть антиматерия, так как иначе астрономы часто замечали бы гамма лучи, возникающие при взаимодействии материи и антиматерии.

2) Тёмные облака барионной материи, точно не могут являться тёмной материей, так как было бы заметно поглощение радиации, проходящей через них.

3) Наблюдения и расчёты показывают, что масса тёмной материи составляет примерно 27% от массы Вселенной.

1.6 Физическое обнаружение гипотетических частиц тёмной материи

Основная трудность при поиске частиц тёмной материи заключается в том, что все они электрически нейтральны. Имеются два варианта поиска: прямой и косвенный.

При прямом поиске изучаются следствия взаимодействия этих частиц с электронами или атомными ядрами с помощью наземной аппаратуры. Косвенные методы основаны на попытках обнаружения потоков вторичных частиц, которые возникают, например, благодаря аннигиляции солнечной или галактической тёмной материи.

Глава II Темная энергия

2.1 Тёмная энергия в космологии

Считается, что темная материя составляет 23% вселенной, так как обычная материя составляет всего 4%. Большая масса темной материи объясняет величину силу притяжения во всех скоплениях и галактиках. Но что составляет остальные 73% вселенной? Все эти 73% являются энергией отталкивания галактик друг от друга. Эта энергия по-другому называется темной.

Тёмная энергия в космологии — гипотетический вид энергии, объясняющий ускоряющееся расширение Вселенной. Существует несколько вариантов объяснения сущности тёмной энергии: 1) Теория о том, что пустое пространство может вырабатывать энергию. Тогда получается, что чем больше пространство, тем больше энергии и соответственно тем быстрее расширение Вселенной. Но у этой теории есть недостаток, отсутствие объяснения того

---

, как энергия возникает из пространства. 2) Виртуальные частицы. Теория о том, что тёмную энергию вырабатывают виртуальные частицы, которые то появляются, то исчезают. Но учёные, рассчитавшие энергию от этих частиц (если теория верна) получили число в 10¹²⁰ большее, чем количество тёмной энергии. 3) Третье объяснение, это то что теория гравитации Эйнштейна на верна. Тогда должна быть более совершенная теория, которая объяснит тёмную энергию, но к её пока никто не открыл... 4) Теория о том, что вся Вселенная пронизана неизвестным энергетическим полем, способствующим расширению Вселенной. Недостаток теории в том, что она абсолютно не доказана, так как существование данного поля ещё никто не доказал.

2.2 Гипотеза о тёмной энергии и скрытой массе

Ранее существовавшие космологические модели предполагали, что расширение Вселенной замедляется. Они исходили из предположения, что основную часть массы Вселенной составляет материя — как видимая, так и невидимая (тёмная материя). На основании новых наблюдений, свидетельствующих об ускорении расширения, было постулировано существование неизвестного вида энергии с отрицательным давлением (см. уравнения состояния). Её назвали «тёмной энергией». Гипотеза о существовании тёмной энергии (чем бы она ни являлась) решает и так называемую «проблему невидимой массы». Теория нуклеосинтеза Большого Взрыва объясняет формирование в молодой Вселенной лёгких химических элементов, таких как гелий, дейтерий и литий. Теория крупномасштабной структуры Вселенной объясняет формирование структуры Вселенной: образование звёзд, квазаров, галактик и скоплений галактик. Обе эти теории предполагают, что плотность барионной материи и тёмной материи составляет около 30% от критической плотности, требуемой для образования «закрытой» Вселенной, то есть плотности, необходимой, чтобы форма Вселенной была плоской. Измерения реликтового излучения Вселенной, недавно проведённые спутником WMAP, показывают, что форма Вселенной действительно очень близка к плоской. Следовательно, некая ранее неизвестная форма невидимой энергии должна давать отсутствующие 70% плотности Вселенной. Сущность тёмной энергии является предметом споров. Известно, что она очень равномерно распределена, имеет низкую плотность, и не взаимодействует сколько-нибудь заметно с обычной материей посредством известных фундаментальных типов взаимодействия — за исключением гравитации. Поскольку гипотетическая плотность тёмной энергии невелика, её вряд ли удастся обнаружить лабораторным экспериментом.

---

2.3 Космологическая постоянная

Самое простое объяснение заключается в том, что тёмная энергия — это просто «стоимость существования пространства»: то есть, любой объём пространства имеет некую фундаментальную, неотъемлемо присущую ему энергию. Её ещё иногда называют энергией вакуума, поскольку она является энергетической плотностью чистого вакуума. Это и есть космологическая постоянная, используемой для её обозначения в уравнениях общей теории относительности). Введение космологической константы в стандартную космологическую модель, привело к появлению современной модели космологии, известной как лямбда-CDM модель. Эта модель хорошо соответствует имеющимся космологическим наблюдениям. Важнейшая нерешённая проблема современной физики состоит в том, что большинство квантовых теорий поля, основываясь на энергии квантового вакуума, предсказывают громадное значение космологической константы — на многие порядки превосходящее допустимое по космологическим представлениям. Обычная формула квантовой теории поля для суммирования вакуумных нулевых колебаний поля (с обрезанием по волновому числу колебательных мод, соответствующему планковской длине), даёт огромную плотность энергии вакуума. Это значение, следовательно, должно быть скомпенсировано неким действием, почти равным (но не точно равным) по модулю, но имеющим противоположный знак. Некоторые теории суперсимметрии требуют, чтобы космологическая константа в точности равнялась нулю, что также не способствует разрешению проблемы. Такова сущность «проблемы космологической константы», труднейшей проблемы «тонкой настройки» в современной физике: не найдено ни одного способа вывести из физики элементарных частиц чрезвычайно малое значение космологической константы, определённое в космологии. Некоторые физики, включая Стивена Вайнберга, считают т. н. «антропный принцип» наилучшим объяснением наблюдаемого тонкого баланса энергии квантового вакуума. Несмотря на эти проблемы, космологическая константа — это во многих отношениях самое экономное решение проблемы ускоряющейся Вселенной. Единственное числовое значение объясняет множество наблюдений. Поэтому нынешняя общепринятая космологическая модель (лямбда-CDM модель) включает в себя космологическую константу как существенный элемент

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведя данное исследование, мной было обнаружено, что мир становится все сложнее. Ускорение расширения Вселенной под влиянием темной энергии началось 6,5 миллиардов лет назад. Поскольку плотность нормальной материи убывает со временем, а плотность темной энергии — нет, темная энергия вскоре будет полностью доминировать. Значит, современный этап космологической эволюции — это переходный период, когда темная энергия уже играет заметную роль, но расширение Вселенной пока что определяется не только ей, но и нормальной материей. К сожалению, сейчас не видно путей прямого экспериментального исследования темной энергии в земных условиях. Это, конечно, не означает, что в будущем не может появиться новых блестящих идей в этом направлении, но сегодня надежды на прояснение природы темной энергии (или, более широко, причины ускоренного расширения Вселенной) связаны исключительно с астрономическими наблюдениями и с получением новых, более точных космологических данных.

---

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 
   https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%91%D0%BC%D0%BD %D0%B0%D1%8F_%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D1%8F
   
2. 
   https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%91%D0%BC%D0%BD %D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%8F
   
3. 
   https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BD %D0%BE%D0%B5_%D1%81%D0%BC%D0%B5%D1%89%D0%B5%D0%BD %D0%B8%D0%B5
   
4. 
   https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F %D0%B5%D1%80%D0%B2%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%B0%D1%8F_ %D1%87%D1%91%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B4%D1%8B %D1%80%D0%B0
   
5. 
   https://nsportal.ru/ap/library/nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo/ 2016/11/22/tema-temnaya-materiya-i-temnaya-energiya
   
6. 
   "Физика невозможного" МитиоКаку
   
7. 
   Документальный фильм "Вселенная. Темная материя"
   
8. 
   http://www.modcos.com/
   
9. 
   Клапдор-Клайнгротхаус Г. В., Штаудт А. Неускорительная физика элементарных частиц. М.: Наука, Физматлит, 1997.
   

---