Čo je to hmota?

Sme obklopení hmotou. V skutočnosti sme jedno. Všetko, čo zistíme vo vesmíre, je tiež dôležité. Je tak zásadné, že jednoducho akceptujeme, že všetko je vyrobené z hmoty. Je to základný stavebný kameň všetkého: život na Zemi, planéta, v ktorej žijeme, hviezdy a galaxie. Zvyčajne sa definuje ako čokoľvek, čo má hmotnosť a zaberá množstvo miesta.

Stavebné bloky hmoty sa nazývajú „atómy“ a „molekuly“. Aj oni sú hmotou. Látka, ktorú môžeme normálne zistiť, sa nazýva „baryonická“ hmota. Existuje však aj iný druh látky, ktorý sa nedá priamo zistiť. Ale jeho vplyv môže. Hovorí sa tomu temná hmota.

Je ľahké študovať normálnu hmotu alebo „baryonickú hmotu“. Dá sa rozdeliť na čiastkové atómy nazývané leptony (napríklad elektróny) a kvarky (stavebné bloky protónov a neutrónov). To sú to, čo tvoria atómy a molekuly, ktoré sú súčasťou všetkého od ľudí po hviezdy.

Normálna hmota je svetelná, to znamená, že interaguje elektromagneticky a gravitačne s inými látkami as nimi žiarenie. Nemusí to nevyhnutne svietiť, akoby sme si mysleli, že svieti hviezda. Môže uvoľňovať ďalšie žiarenie (napríklad infračervené).

Ďalším aspektom, ktorý sa objaví pri diskusii o záležitosti, je niečo, čo sa nazýva antihmota. Predstavte si to ako opačný jav normálnej hmoty (alebo možno zrkadlový obraz). Keď o tom vedci hovoria, často o tom počujeme látky / anti-látky reakcie ako zdroje energie. Základnou myšlienkou antihmoty je to, že všetky častice majú antičasticu, ktorá má rovnakú hmotu, ale opačný náboj a náboj. Keď sa zrazí hmota a antihmota, navzájom sa ničia a vytvárajú čistú energiu vo forme lúče gama. Toto vytvorenie energie, ak by sa dalo využiť, by poskytlo obrovské množstvo energie akejkoľvek civilizácii, ktorá by mohla prísť na to, ako to urobiť bezpečne.

Na rozdiel od normálnej hmoty je tmavá látka nesvietivá. To znamená, že interaguje elektromagneticky, a preto sa javí tmavý (t. J. Nebude odrážať ani vydávať svetlo). Presná povaha temnej hmoty nie je dobre známa, hoci jej účinok na iné masy (napr. Galaxie) zaznamenal astronómovia ako Dr. Vera Rubin a ďalšie. Jeho prítomnosť sa však dá zistiť gravitačným účinkom, ktorý má na normálnu záležitosť. Napríklad jej prítomnosť môže napríklad obmedziť pohyb hviezd v galaxii.

V súčasnosti existujú tri základné možnosti pre „veci“, ktoré tvoria temnú hmotu:

• Studená temná hmota (CDM): Jeden kandidát sa nazýva slabo interagujúca masívna častica (WIMP), ktorá by mohla byť základom studenej temnej hmoty. Vedci o tom však veľa nevedia ani o tom, ako by sa mohla vytvoriť na začiatku dejín vesmíru. Ďalšie možnosti pre častice CDM zahŕňajú axióny, nikdy sa však nezistili. Nakoniec existujú MACHO (MAssive Compact Halo Objects), ktoré by mohli vysvetliť nameranú hmotu tmavej hmoty. Tieto objekty zahŕňajú čierne diery, staroveké neutrónové hviezdy a planetárne objekty ktoré sú všetky nesvetelné (alebo takmer také), ale stále obsahujú značné množstvo hmoty. Tí by vhodne vysvetlili temnú hmotu, ale je tu problém. Muselo by ich byť veľa (viac, ako by sa očakávalo vzhľadom na vek určitých galaxií) a ich distribúcia by musela byť neuveriteľne dobre rozptýlené po celom vesmíre, aby vysvetlili temnú hmotu, ktorú astronómovia našli „vonku“. Takže studená temná hmota zostáva „prácou v pokroku. "
• Teplá tmavá hmota (WDM): Predpokladá sa, že sa skladá zo sterilných neutrín. Jedná sa o častice, ktoré sú podobné ako bežné neutrína, s výnimkou skutočnosti, že sú oveľa mohutnejšie a neinteragujú prostredníctvom slabej sily. Ďalším kandidátom na WDM je gravitino. Toto je teoretická častica, ktorá by existovala v prípade teórie supergravitácie - zmiešania všeobecná relativita a trakcia so supersymetriou. WDM je tiež atraktívnym kandidátom na vysvetlenie temnej hmoty, ale existencia buď sterilných neutrín alebo gravitínov je prinajlepšom špekulatívna.
• Horúca temná hmota (HDM): Častice považované za horúcu tmavú hmotu už existujú. Nazývajú sa „neutrína“. Cestujú po takmer rýchlosť svetla a nie „zhlukovať“ sa spolu tak, že premietame temnú hmotu. Vzhľadom na to, že neutríno je takmer bezmasé, bolo by potrebné neuveriteľné množstvo na vytvorenie množstva tmavej hmoty, o ktorej je známe, že existuje. Jedným vysvetlením je, že existuje ešte nedetekovaný typ alebo príchuť neutrína, ktoré by boli podobné tým, ktoré už existujú. Mala by však podstatne väčšiu hmotnosť (a teda možno aj pomalšiu rýchlosť). Pravdepodobne by to však bolo podobné teplej temnej hmote.

Hmota presne neexistuje bez vplyvu vo vesmíre a existuje zvláštne spojenie medzi žiarením a hmotou. Táto súvislosť nebola dobre pochopená až do začiatku 20. storočia. Vtedy začal Albert Einstein premýšľať o prepojení medzi nimi záležitosť a energiu a žiarenie. Tu je to, s čím prišiel: podľa svojej teórie relativity sú hmotnosť a energia rovnocenné. Ak sa zráža dostatočné množstvo žiarenia (svetlo) s inými fotónmi (iné slovo pre ľahké „častice“) s dostatočne vysokou energiou, môže sa vytvoriť hmota. Tento proces vedci študujú v obrovských laboratóriách s kolíziami častíc. Ich práca sa ponorí hlboko do srdca hmoty a hľadá najmenšie častice, o ktorých je známe, že existujú.

Takže zatiaľ čo žiarenie sa výslovne nepovažuje za hmotu (nemá hmotu ani neobsadzuje objem, aspoň nie dobre definovaným spôsobom), je spojené s hmotou. Dôvodom je, že žiarenie vytvára hmotu a hmota vytvára žiarenie (napríklad keď sa zrazí hmota a anti-hmota).

Keď sa teória ožaruje ďalej, teoretici tiež navrhujú, aby v nás existovalo tajomné žiarenie vesmír. Hovorí sa tomu temná energia. Jeho povaha vôbec nie je pochopená. Možno, keď pochopíme temnú hmotu, pochopíme aj povahu temnej energie.

Upravené a aktualizované používateľom Carolyn Collins Petersen.