Какво е материята?

Ние сме заобиколени от материя. Всъщност ние сме от значение. Всичко, което откриваме във Вселената, също е материя. Толкова е фундаментално, че просто приемаме, че всичко е направено от материя. Това е основният градивен елемент на всичко: животът на Земята, планетата, на която живеем, звездите и галактиките. Обикновено се определя като всичко, което има маса и заема обем пространство.

Строителните елементи на материята се наричат ​​"атоми" и "молекули". Те също са материя. Материята, която можем да открием нормално, се нарича "барионна" материя. Има обаче друг вид материя, която не може да бъде открита директно. Но влиянието му може. Нарича се тъмна материя.

Лесно е да се изучава нормална материя или "барионова материя". Може да се разгради на субатомни частици, наречени лептони (например електрони) и кварки (градивни елементи на протони и неутрони). Това са онези атоми и молекули, които са компоненти на всичко - от хората до звездите.

Нормалната материя е светеща, тоест тя взаимодейства електромагнитно и гравитационно с друга материя и с радиация. Не е задължително да блести, както мислим за звезда, която свети. Той може да излъчва друго лъчение (например инфрачервено).

Друг аспект, който се появява, когато се обсъжда материята, е нещо, наречено антиматерия. Мислете за това като за обратната страна на нормалната материя (или може би огледален образ) от нея. Често чуваме за това, когато учените говорят реакции на материя / анти-материя като източници на енергия. Основната идея зад антиматерията е, че всички частици имат анти-частици, които имат еднаква маса, но противоположно въртене и заряд. Когато материята и антиматерията се сблъскат, те се унищожават и създават чиста енергия под формата на гама лъчи. Това създаване на енергия, ако може да бъде използвано, би осигурило огромни количества енергия за всяка цивилизация, която би могла да измисли как да го направи безопасно.

За разлика от нормалната материя, тъмната материя е материал, който не свети. Тоест, той не взаимодейства електромагнитно и следователно изглежда тъмен (т.е. няма да отразява или излъчва светлина). Точната природа на тъмната материя не е добре известна, въпреки че нейният ефект върху други маси (като галактики) е забелязан от астрономи като д-р Вера Рубин и други. Въпреки това, неговото присъствие може да бъде открито по гравитационния ефект, който има върху нормалната материя. Например, неговото присъствие може да ограничи движенията на звезди например в галактика.

В момента има три основни възможности за "неща", които съставят тъмна материя:

• Студена тъмна материя (CDM): Има един кандидат, наречен слабо взаимодействаща масивна частица (WIMP), който може да бъде основа за студена тъмна материя. Въпреки това учените не знаят много за него или как би могло да се е образувало в началото на историята на Вселената. Други възможности за CDM частици включват аксиони, но те никога не са открити. И накрая, има MACHO (MAssive Compact Halo Objects), Те биха могли да обяснят измерената маса на тъмната материя. Тези обекти включват черни дупки, древна неутронни звезди и планетарни обекти които не са светещи (или почти така), но все пак съдържат значително количество маса. Те биха обяснили удобно тъмната материя, но има проблем. Би трябвало да има много от тях (повече, отколкото би се очаквало предвид възрастта на определени галактики) и тяхното разпространение ще трябва да бъде невероятно добре разпръснати из цялата вселена, за да обяснят тъмната материя, която астрономите са открили „там“. Така че студената тъмна материя остава „работа в постигане на напредък. "
• Топла тъмна материя (WDM): Смята се, че това е съставено от стерилни неутрино. Това са частици, които са подобни на нормалните неутрино, освен че са много по-масивни и не взаимодействат чрез слабата сила. Друг кандидат за WDM е гравитино. Това е теоретична частица, която би съществувала, ако теорията за супергравитацията - смесване на обща относителност и суперсиметрия - усилване на сцеплението. WDM също е атрактивен кандидат за обяснение на тъмната материя, но съществуването на стерилни неутрино или гравитино е в най-добрия случай спекулативно.
• Гореща тъмна материя (HDM): Частиците, считани за гореща тъмна материя, вече съществуват. Наричат ​​ги „неутрино“. Те пътуват в почти скоростта на светлината и не се „спъвайте“ заедно по начини, по които проектираме тъмна материя. Като се има предвид, че неутрино е почти безмасов, ще е необходимо невероятно количество от тях, за да се компенсира количеството тъмна материя, за което се знае, че съществува. Едно от обясненията е, че съществува все още неоткрит тип или аромат на неутрино, които биха били подобни на вече известните. Той обаче би имал значително по-голяма маса (и следователно може би по-ниска скорост). Но това вероятно би било по-подобно на топлата тъмна материя.

Материята не съществува точно без влияние във Вселената и има любопитна връзка между радиацията и материята. Тази връзка не беше добре разбрана до началото на 20-ти век. Тогава Алберт Айнщайн започва да мисли за връзката между въпрос и енергия и радиация. Ето какво той измисли: според неговата теория на относителността, масата и енергията са еквивалентни. Ако достатъчно радиация (светлина) се сблъска с други фотони (друга дума за леки "частици") с достатъчно висока енергия, може да се създаде маса. Този процес е това, което учените изучават в гигантски лаборатории с коли на частици. Тяхната работа се задълбочава дълбоко в сърцето на материята, търсейки най-малките частици, за които се знае, че съществуват.

И така, докато радиацията не се счита изрично за материя (тя няма маса или заема обем, поне не по точно определен начин), тя е свързана с материята. Това е така, защото радиацията създава материя и материята създава радиация (като когато материята и анти-материята се сблъскат).

Правейки стъпка по-нататък материално-лъчевата връзка, теоретиците предлагат и мистериозно излъчване да съществува в нашата вселена. Нарича се тъмна енергия. Неговата природа изобщо не се разбира. Може би, когато тъмната материя бъде разбрана, ще разберем и природата на тъмната енергия.

Редактиран и актуализиран от Каролин Колинс Петерсен.