za_neptunie (za_neptunie) wrote,
za_neptunie
za_neptunie

Categories:

В поисках Новой физики




Изображения тени сверхмассивной черной дыры галактики М87 по наблюдениям в апреле 2017 года с помощью интерферометрического массива субмиллиметровых телескопов ELT


    В недавнем обзоре ресурса “Элементы.ру” по поводу последнего крупного достижения наблюдательной астрономии царит некий пессимизм. Один из сложнейших астрономических инструментов даже в случае с самым загадочным объектом Вселенной не обнаружил значительных отклонений от Общей теории относительности (ОТО). Как известно на черные дыры возлагают большие надежды в поиске новых явлений (к примеру, подтверждения гипотетического излучения Хокинга) или возможности сверхсветовых перелетов (теория существования т.н. “кротовых” нор).

   В связи с этим я решил составить список перспективных направлений, где в ближайшем будущем ожидаются наибольшие шансы на обнаружение так называемой “Новой физики”. Под термином “Новой физики” часто подразумевают открытие новых фундаментальных законов и явлений, которые лежат за пределами Стандартной модели.

1)      Во-первых, на том же ресурсе “Элементы.ру” приводится очень информативная схема по поводу самых значительных отклонений в наблюдаемых свойствах элементарных частиц, которые замечены на БАК (Большом Андроном Коллайдере):



   Как видно из схемы, в настоящее время, из нескольких обнаруженных аномалий на БАК, статистически значимыми остались лишь пара аномалий, связанных с легкими частицами (лептонами). Не исключено, что именно эти отклонения как-то связаны с неоткрытыми элементарными частицами гипотетической темной материи. Дальнейшая проверка этих аномалий связана, как с накоплением статистики работы БАК, так и строительством более совершенных ускорителей элементарных частиц. Кроме того одной из основных задач новых установок станет экспериментальный поиск гравитонов – гипотетических  переносчиков гравитационного взаимодействия. По некоторым оценкам число гравитонов во Вселенной на 22 порядка больше числа доказанных элементарных частиц (большинство из них, это фотоны и нейтрино – число фотонов и нейтрино во Вселенной в 10 миллиардов раз больше, чем число протонов и нейтронов).


2)      Второй интересной аномалией является существенное различие оценок постоянной Хаббла (космологической константы). Как известно за прошедшую сотню лет оценки постоянной Хаббла существенно изменялись:



   Однако недавние наиболее точные исследования говорят о необъяснимых различиях постоянной Хаббла на различных космологических расстояниях. Речь идет о значимом статистическом различии между двумя оценками, которые получены с помощью обзора реликтового излучения на космическом аппарате “Планк” и наблюдений “Хабблом” цефеид  в близких галактиках:



    Эту проблему называют даже кризисом космологии. Надежды на скорое разрешение этого кризиса связаны с гравитационно-волновой астрономией. Это вызвано тем, что гравитационные волны являются излучением с самой высокой проникающей способностью во Вселенной. В результате этого появляется возможность получать информацию, как о самых ранних стадиях Большого взрыва, так и проводить зондирование наиболее плотных объектов Вселенной, как нейтронные звезды и белые карлики. Расстояния до источников гравитационных волн можно определять напрямую, без поправок на межзвездное и межгалактическое поглощение среды. В связи с этим, уже первая регистрация гравитационных волн от слияния черных дыр позволила получить грубую оценку постоянной Хаббла:



    В дальнейшем по мере накопления статистики гравитационно-волновых детекторов, очевидно, что с помощью гравитационно-волновой астрономии будет получена самая точная оценка постоянной Хаббла для ближней Вселенной. Это должно позволить понять причину нынешних различий между наблюдениями и теорией.

3)      В то время, пока эксперименты по прямой регистрации частиц темного вещества в подземных детекторах не приносят успеха, растет интерес к необъяснимому диффузному гамма-излучению, которое наблюдается в направлении центра нашей галактики в данных космической обсерватории “Ферми”. В недавнем исследовании говорится о маловероятности того, что причиной этого излучения являются нейтронные звезды. Тем самым обнаруженное излучение может являться первым надежным свидетельством того, что темное вещество и обычная материя способны не только к гравитационному взаимодействию.



4)      В ближайшие годы ожидается решение двух важных вопросов в физике элементарных частиц. Речь идет об определение массы нейтрино и измерение времени полураспада протона. В последнем случае, проблема усложняется тем, что до сих пор точно неизвестно по какому именно варианту из более 60 возможных происходит распад протона. Но сам факт определения времени распада протона будет иметь большое значение, так как существуют десятки теорий с различными оценками о времени полураспада протона. Многие из этих теорий уже закрыты существующими экспериментами, которые представляют собой подземные детекторы, содержащие сотни или тысячи тонн дистиллированной воды.



   Не исключено, что решение любой из вышеназванных проблем приблизит физику к решению главного современного вопроса – создания теории Всего или Великого объединения. Как известно в настоящее время главным камнем преткновения в этом направлении является отсутствие теории, которое связывает все четыре вида фундаментальных взаимодействия (гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое). Прогрессу в этом направлении существенно помогает симбиоз физики элементарных частиц и наблюдательной астрономии. Если размеры детекторов и ускорителей элементарных частиц ограничены размером нашей планеты, то астрономия позволяет изучать объекты и явления с энергиями, которые на много порядков больше чем в земных установках.
    Особняком стоит ещё одна важная проблема, которая находится на грани физики, химии и биологии. Речь о вероятности самозарождения жизни и разума во Вселенной. Последние исследования существенно продвигают понимание этого вопроса, однако до полного прояснения ещё очень далеко. С одной стороны, открытия наблюдательной астрономии доказывают, что у почти каждой из звезд Вселенной существует несколько небольших планет, в том числе и в зоне обитаемости, с другой стороны оценки некоторых биологов предполагают очень небольшую вероятность самозарождения даже простейшей жизни (вероятность,  которая значительно меньше числа звезд во Вселенной). В недавнем исследовании приводится ещё один довод  о большой редкости земной жизни. Исследование соотношения изотопов радиоактивных элементов, которые содержатся в метеоритах (вещество, из которого образовалась Солнечная Система) говорит о большом избытке радиоактивных элементов по сравнению с другими звездными системами. Подобный избыток может объясняться тем, что Солнечная Система образовалась не из вещества сверхновых – результата коллапса массивных звезд, а является продуктом более редкого события – слияния нейтронных звезд. Так, если частота вспышек сверхновых в нашей галактике оценивается, как одна в 100 лет, то случай слияния  нейтронными звездами является в тысячу раз более редким – примерно один раз в 100 тысяч лет. Не исключено, что следствием этого станет большая редкость долговременной земной тектоники на землеподобных экзопланетах. Или абсолютное преобладание венероподобных миров с массивными или протяженными атмосферами, состоящими из водорода, гелия или углекислого газа. Так или иначе, ответ на этот вопрос смогут дать будущие космические миссии.



   Интересно услышать о том, какие направления читатели блога считают наиболее перспективными с точки зрения открытия новых фундаментальных явлений и законов в современной физике.
Tags: обзор
Subscribe
promo za_neptunie июль 10, 2014 20:36 8
Buy for 30 tokens
Число постов в блоге перевалило за сотню, поэтому я решил систематизировать их по различным тематиками. Это поможет мне и моим читателям быстрее находить в блоге интересную информацию. Последнее обновление от 4 августа 2014 года Венера Новая книга о Венере Венера-Экспресс готовится к…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 25 comments