Adakah kehidupan berdasarkan bahan gelap mungkin?

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Sebahagian besar jisim di Alam Semesta kita tidak dapat dilihat. Dan untuk beberapa lama sekarang, ahli fizik telah cuba memahami apakah jisim yang sukar difahami ini. Jika ia diperbuat daripada zarah, harapannya ialah Large Hadron Collider boleh menghasilkan zarah jirim gelap, atau teleskop angkasa akan melihat tandatangan sinar gamma yang fasih daripada perlanggaran jirim gelap. Setakat ini, tiada apa-apa. Dan masalah ini membuatkan ahli fizik teori merenung idea baru.

Pada tahun 2017, ahli fizik teori terkenal Lisa Randall melihat salah satu kemungkinan jirim gelap yang paling luar biasa. Sudah tentu hipotesis. Daripada menganggap jirim gelap sebagai jenis zarah tertentu, dia beranggapan bahawa jirim gelap boleh terdiri daripada seluruh keluarga zarah yang membentuk bintang gelap, galaksi gelap, planet gelap, dan mungkin kehidupan gelap. Kimia alam semesta gelap boleh menjadi kaya dan pelbagai seperti "kimia biasa" kita sendiri. Tetapi tidak semuanya begitu mudah.

Masalah jirim gelap

Alam Semesta kita adalah tempat yang menakjubkan, walaupun tidak dapat difahami.

Sejak beberapa dekad yang lalu, kita telah menyedari bahawa 84.5% daripada jirim di Alam Semesta tidak dapat dilihat. Memandangkan nama panggilannya yang agak janggal "jirim gelap", bahan ini berada dalam keadaan di mana ia tidak berinteraksi dengan jirim "biasa". Seperti tenaga gelap, perkara ini "gelap" kerana kita tidak memahaminya.

Jika ada sekeping jirim gelap di atas meja saya sekarang, saya tidak akan tahu mengenainya. Sekeping jirim gelap secara umum, oleh itu, tidak boleh terletak di atas meja saya. Ia akan jatuh melalui meja, dan lantai, dan kerak bumi, tergesa-gesa ke dalam telaga graviti di teras planet kita. Atau ia akan hilang ke angkasa dengan cara yang tidak dapat difahami. Jirim gelap berinteraksi dengan sangat lemah dengan apa-apa sehingga bahagian ini hanya akan jatuh melalui jirim biasa, seolah-olah ia tidak wujud.

Pada skala kecil, manifestasi graviti jirim gelap boleh diabaikan, tetapi pada jarak kosmologi kehadiran jirim gelap pasti dirasai - ia boleh diperhatikan secara tidak langsung melalui kesan gravitinya pada gugusan galaksi dan kesannya terhadap putaran galaksi. Kita tahu ia wujud, kita langsung tidak nampak.

Dan kita tidak tahu apa itu, kita hanya boleh meneka

Jirim biasa - aka jirim baryonic - berinteraksi melalui daya elektromagnet, graviti, kuat dan lemah. Daya ini memindahkan tenaga dan memberikan struktur kepada semua jirim. Jirim gelap, sebaliknya, biasanya dilihat sebagai awan amorf "jirim" yang tidak boleh berinteraksi melalui daya elektromagnet, lemah atau kuat. Oleh itu, diandaikan bahawa jirim gelap adalah "bukan-baryonik". Bahan bukan baryonik boleh mendedahkan kehadirannya hanya secara graviti.

Calon utama dalam pencarian jirim gelap ialah WIMP, zarah besar yang berinteraksi lemah. Seperti yang dicadangkan oleh nama WIMP, zarah hipotesis ini tidak berinteraksi dengan jirim normal - jadi ia bukan baryonic.

Model kosmologi yang ditubuhkan meramalkan bahawa jirim gelap - sama ada dalam bentuk WIMP atau "axions", sebagai contoh - memberikan Alam Semesta kita dengan struktur dan biasanya secara ringkas dipanggil "gam" yang memegang Alam Semesta kita secara keseluruhan.

Memerhatikan putaran galaksi, ahli astronomi Vera Rubin menyedari bahawa kebanyakan jirim dalam galaksi tidak dapat dilihat. Hanya peratusan kecil yang kelihatan - bintang, gas dan habuk; selebihnya bersembunyi dalam lingkaran jirim gelap yang besar tetapi tidak kelihatan. Seolah-olah galaksi jirim biasa kita yang kelihatan hanyalah sebuah tudung pada roda jirim gelap yang besar yang menjangkau jauh melebihi apa yang kita boleh lihat.

Dalam makalah yang diterbitkan baru-baru ini (2013), Randall dan rakan-rakannya membentangkan bentuk jirim gelap yang lebih kompleks. Menurut mereka, halo jirim gelap galaksi kita tidak hanya terdiri daripada satu jenis jisim amorfus jirim bukan baryonik.

"Nampaknya sangat pelik untuk menganggap bahawa semua jirim gelap terdiri daripada hanya satu jenis zarah, " tulis Randall. "Saintis yang tidak berat sebelah tidak seharusnya membenarkan jirim gelap menjadi pelbagai seperti jirim biasa kita."

"Alam semesta bayangan" yang kaya?

Sama seperti alam semesta kita yang boleh dilihat ditadbir oleh Model Standard fizik - keluarga zarah yang terbukti dengan baik (termasuk boson Higgs yang terkenal) dan kuasa, bolehkah model zarah dan daya jirim gelap yang kaya dan pelbagai berfungsi dalam lingkaran galaksi gelap?

Penyelidikan ini mengikut logik untuk mengandaikan pelbagai jenis fizik yang tidak diketahui dalam sektor gelap alam semesta - mari kita panggil ia "alam semesta bayangan" - yang wujud selari dengan kita sendiri dan mempunyai semua kerumitan yang ditawarkan oleh alam semesta kita yang boleh dilihat.

Ahli astrofizik sebelum ini telah mencadangkan bahawa "bintang gelap" - bintang yang diperbuat daripada jirim gelap - mungkin wujud di alam semesta purba kita hingga ke hari ini. Jika ya, Randall berpendapat, mungkin "planet gelap" boleh terbentuk. Dan jika terdapat sekumpulan zarah jirim gelap yang dikawal oleh kuasa yang digunakan dalam sektor gelap, bolehkah ini membawa kepada kemunculan kimia kompleks? Dan kepada kehidupan?

Walau bagaimanapun, jika terdapat kehidupan "gelap" atau "bayangan" selari dengan alam semesta kita, anda boleh lupa bahawa kita boleh mengesannya.

Kehidupan bayangan akan kekal dalam bayang-bayang

Nampaknya menggoda untuk menggunakan hipotesis ini untuk menjelaskan semua misteri setiap hari atau bahkan dakwaan paranormal bahawa sains tidak boleh mempertikaikan atau menyokong. Bagaimana jika "hantu" atau "lampu di langit" yang tidak dapat dijelaskan adalah telatah makhluk gelap yang tinggal di belakang segala-galanya?

Walaupun logik ini sesuai untuk rancangan TV atau filem, makhluk gelap ini akan hidup dalam alam semesta berbayang-bayang yang sama sekali tidak serasi dengan bahan biasa. Zarah dan kuasa mereka tidak akan mempunyai kesan di alam semesta kita. Anda boleh membaca baris-baris ini duduk di atas tunggul pokok di dalam hutan yang gelap, dan anda tidak akan tahu mengenainya.

Tetapi kerana kita wujud bersama alam semesta bayangan ini dalam ruang-masa yang sama - tanpa dimensi yang tidak perlu atau multiverse - hanya satu isyarat boleh dihantar.

Gelombang graviti hanya ditemui pada tahun 2016, dan pengesanan pertama riak ini dalam ruang masa disebabkan oleh perlanggaran lubang hitam. Nampaknya agak mungkin bahawa gelombang graviti boleh dikesan dalam sektor gelap, tetapi hanya peristiwa kosmik yang paling berkuasa dalam sektor gelap boleh dikesan di hujung wayar kami.

Secara keseluruhannya, kita hampir pasti tidak akan membuktikan kewujudan makhluk jirim gelap yang comel, tetapi Randall menunjukkan satu perkara penting. Apabila kita mempertimbangkan sumber bahan gelap, kita mesti melihat di luar prasangka kita; sektor gelap boleh menjadi keluarga kompleks zarah dan kuasa jirim gelap yang melebihi apa yang boleh kita bayangkan.