د تیاره انرژۍ او تیاره مادې په اړه تیورۍ
هغه کاینات چې موږ یې ګورو - ستوري، سیارې، د ستورو ترمنځ ګاز، او کهکشانونه - د کایناتو یوازې یوه کوچنۍ برخه استازیتوب کوي. د شلمې پیړۍ له وروستیو راهیسې، کاسمولوژیستان په زیاتیدونکي توګه په دې قانع شوي چې د کایناتو ترټولو لویه برخه په حقیقت کې زموږ لپاره نه لیدل کیږي. دوه اصطلاحات چې په دې بحث کې ډیری وختونه راپورته کیږي تیاره ماده او تیاره انرژي دي. دواړه "تیاره" دي ځکه چې دوی رڼا نه خپروي، جذبوي یا منعکس کوي په داسې طریقه چې په اسانۍ سره کشف شي؛ په هرصورت، د دوی شکمن رولونه او ملکیتونه خورا توپیر لري. دا مقاله د تیاره مادې او تیاره انرژۍ په اړه اصلي تیوري، د دوی ملاتړ کونکي مشاهداتي شواهد، او هغه ننګونې چې عصري ساینس لاهم ورسره مخ دي بحث کوي.
ولې موږ د "تیاره" مفهوم ته اړتیا لرو؟
په کاسمولوژي کې، تیوري باید د مشاهدې معلوماتو سره سمون ولري. کله چې ستورپوهان د کهکشانونو د گردش سرعت، د رڼا د کږولو لاره (د جاذبې لینز)، او د لوی چاودنې څخه پاتې شوي وړانګې نمونې (د کاسمیک مایکرو ویو پس منظر/CMB) اندازه کوي، پایلې وړاندیز کوي چې "یو څه" د جاذبې قوې او د کایناتو ارتقا باندې اضافي اغیزه لري. مګر دا "یو څه" د ستورو په څیر روښانه ماده نه ښکاري.
له بلې خوا، په یوه لویه کاسمیکي پیمانه، د ۱۹۹۰ لسیزې په وروستیو کې د Ia سوپرنووا ډول مشاهدو یو حیرانونکی حقیقت څرګند کړ: د کایناتو پراختیا ورو نه کیږي، بلکې ګړندۍ کیږي. د دې سرعت تشریح کولو لپاره، د منفي فشار سره یوې برخې ته اړتیا وه چې فضا-وخت ګړندی او ګړندی پراخیدو ته وهڅوي. دا برخه وروسته د تیاره انرژۍ په نوم ونومول شوه.
تیاره ماده: کلیدي تیورۍ او شواهد
۱. د ګیلیکسي گردش منحني
د تیاره مادې لپاره د شواهدو یو له کلاسیک ټوټو څخه د سرپل کهکشانونو د گردش منحني اندازه کولو څخه راځي. د نیوټن د جاذبې له مخې، د کهکشان د مرکز په شاوخوا کې د ستورو سرعت باید د مرکز څخه د زیاتیدونکي واټن سره کم شي. په هرصورت، برعکس لیدل کیږي: سرعت د کهکشان د څنډې څخه لوړ او "فلیټ" پاتې کیدو تمایل لري. دا وړاندیز کوي چې اضافي ډله په پراخه کچه ویشل شوې ده، چې د کهکشان شاوخوا د تیاره مادې هالو جوړوي.
۲. د جاذبې عدسیه
په وینا د عمومي نسبيت، ډله د فضا وخت تاووي ترڅو د لویې ډله سره نږدې تیریدونکی رڼا کږه شي. په ډیری کاسمیک سیسټمونو (کهکشان کلسترونه، واحد کهکشانونه) کې، د جاذبې لینز اغیزې د رڼا مادې لخوا تشریح شوي په پرتله د لوی مقدار اندازه په ګوته کوي. یو مشهور مثال د ګولۍ کلستر دی، چیرې چې د ډله ایز ویش (د جاذبې لینز له لارې تعقیب شوی) د روښانه ګرم ګاز څخه جلا کیږي (په ایکس رې کې لیدل کیږي). دا پدیده ډیری وختونه د دې قوي ملاتړ په توګه ګڼل کیږي چې تیاره ماده یو ریښتینی جز دی، نه یوازې د جاذبې غلط فهم.
۳. کاسمیک شالید وړانګې (CMB) او لوی پیمانه جوړښت
CMB د لومړني کایناتو د شرایطو "نښه" ساتي. په CMB کې کوچني بدلون نمونې، کله چې تحلیل شي، د کایناتو د جوړښت اټکلونه چمتو کوي. پایلې د هغو ماډلونو سره مطابقت لري چې وړاندیز کوي چې کاینات تقریبا ~ 5٪ عادي ماده، ~ 27٪ تیاره ماده، او ~ 68٪ تیاره انرژي څخه جوړ شوی دی (شمیرې کولی شي د ډیټاسیټ پورې اړه ولري یو څه توپیر ولري). تیاره ماده دا هم تشریح کولو کې مرسته کوي چې څنګه کایناتي جوړښتونه - له کهکشانونو څخه تر لویو فلامینټونو پورې - کولی شي په چټکۍ سره جوړ شي لکه څنګه چې لیدل کیږي.
د تیاره موادو نوماندان: له نویو ذراتو څخه تر لومړنيو تورو سوریو پورې
د تیاره مادې تر ټولو مشهوره تیوري دا فرض کوي چې دا د ذراتو په بڼه د مادې یوه بڼه ده چې موږ لا تر اوسه په ذراتي فزیک کې نه ده کشف کړې.
۱. WIMP (کمزوري تعامل کوونکي لوی ذرات)
WIMPs یو وخت مخکښ نوماندان وو ځکه چې دوی په تیوريکي توګه کولی شي په پراخیدونکي ماډلونو کې څرګند شي. د ذراتو فزیک او په طبیعي ډول "سم" کاسمیک کثافت تولیدوي (ډیری وختونه د "WIMP معجزه" په نوم یادیږي). په هرصورت، د کشف مختلف مستقیم تجربې (د مثال په توګه، د ځمکې لاندې کشف کونکو کارول) تر دې دمه د قناعت وړ سیګنال موندلو کې پاتې راغلي دي.
۲. اکسیون
محور یوه فرضي ذره ده چې په اصل کې د قوي تعاملاتو په تیوري (QCD) کې د ستونزې د حل لپاره وړاندیز شوې وه. محورونه ډیر سپک مګر ډیر شمیر کیدی شي، په دې توګه د ټول وزن لویه برخه جوړوي او د "سړې" تیاره مادې په توګه عمل کوي.
۳. جراثیمي نیوټرینو
د عادي، کمزوري تعامل کوونکي نیوټرینو برعکس، تعقیمي نیوټرینو کشف کول حتی سخت دي. که شتون ولري، دوی ممکن د "ګرم" تیاره مادې په توګه عمل وکړي، په ځانګړي پیمانه د جوړښت جوړښت اغیزه کوي.
۴. ماکو او کمپیکټ شیان
د بدمعاش سیارو، کمزورو ستورو، یا نورو کمپیکٹ شیانو (MACHOs) په څیر نوماندان په پام کې نیول شوي، مګر د مایکرو لینسینګ سروې وړاندیز کوي چې دوی دومره بې شمیره ندي چې تیاره ماده تشریح کړي. د لومړني تور سوري مفکوره هم شتون لري (چې په خورا لومړني کائنات کې رامینځته شوي)، مګر د مشاهدې محدودیتونه دوی د ټولو تیاره مادې لپاره یوازینۍ توضیح کول ستونزمن کوي.
بدیل: د جاذبې تعدیل (MOND او ملګري)
د "نه لیدو وړ مادې" د اضافه کولو پر ځای، ځینو ساینس پوهانو وړاندیز کړی چې د کهکشان په پیمانه د جاذبې قوې په اړه زموږ پوهه نیمګړتیا لري. د MOND (تعدیل شوی نیوټنین ډینامیکس) په څیر تیورۍ د نیوټن قوانین د ډیرو کوچنیو سرعتونو لپاره تعدیل کوي، چې د گردش منحني ته اجازه ورکوي چې پرته له تیاره مادې څخه تشریح شي.
په هرصورت، د تعدیل شوي جاذبې تیوریو لپاره لویه ننګونه د ټولو شواهدو په یو وخت کې تشریح کول دي - په ځانګړي توګه د بلیټ کلسټر او د CMB تسلسل په څیر پیښې. د MOND نسبي پرمختګونه شوي دي (د مثال په توګه، TeVeS)، مګر تر دې دمه، د تیاره مادې ماډلونه د متنوع معلوماتو په فټ کولو کې ډیر "بشپړ" دي.
تیاره انرژي: دا څه شی دی او ولې فکر کیږي چې شتون لري؟
د کایناتو د چټکې پراختیا د تشریح لپاره تیاره انرژي وړاندیز شوې ده. د عمومي نسبیت په چوکاټ کې، دا سرعت د منفي فشار سره د انرژۍ برخې له امله رامینځته کیدی شي. په ساده ډول، څومره چې تیاره انرژي وي، په کایناتي پیمانه کې فضا ګړندۍ پراخیږي.
د تیاره انرژۍ اصلي شواهد عبارت دي له:
- د Ia ډول سوپرنووا د کاسمیکي واټنونو د اندازه کولو لپاره د "معیاري شمعې" په توګه کار کوي. که چیرې پراختیا ورو شي نو لرې سوپرنووا د تمې څخه ډیر تیاره ښکاري.
- د CMB او باریون اکوسټیک اوسیلیشنونه (BAO) د پراختیا تاریخ تعقیبولو لپاره "کاسمیک حاکم" چمتو کوي.
- د لویو جوړښتونو ویش چې د پراختیا نرخونو سره حساس دي.
د تیاره انرژۍ تیوري : د کاسمولوژیکي ثابت څخه تر کوانټیسنس پورې
۱. کاسمولوژیکي ثابت (Λ)
تر ټولو ساده وضاحت د آینسټین کاسمولوژیکي ثابت دی: یوه خلا انرژي چې کثافت یې د وخت په تیریدو سره ثابت پاتې کیږي. د عصري کاسمولوژي معیاري ماډل ډیری وختونه د ΛCDM په نوم لیکل کیږي، چیرې چې Λ تیاره انرژي ده او CDM "سړه تیاره ماده" ده. دا ماډل د ډیرو معلوماتو په تشریح کولو کې د پام وړ بریالی دی.
ستونزه: کله چې فزیک پوهان هڅه کوي د کوانټم تیوري څخه د خلا انرژي محاسبه کړي، پایلې یې د هغه څه په پرتله خورا لویې وي چې لیدل کیږي - توپیر کولی شي خورا ډیر وي. دا د کاسمولوژیکي ثابت ستونزې په نوم پیژندل کیږي.
2. لنډیز
په دې ماډل کې، تیاره انرژي ثابته نه ده، بلکې د یو متحرک سکیلر ساحې څخه سرچینه اخلي چې د وخت په تیریدو سره بدلون مومي. دا د تیاره انرژۍ کثافت ته اجازه ورکوي چې وده وکړي، کوم چې کولی شي (په تیوري کې) د کاسمولوژیکي ثابت "عجیب" کم کړي. په هرصورت، دا ماډل باید په احتیاط سره تشریح شي ترڅو د مشاهدې معلوماتو سره د تضاد څخه مخنیوی وشي چې د ثابت سره نږدې د تیاره انرژۍ چلند ښیې.
۳. "فانتوم" تیاره انرژي او تعدیل شوی نسبیت
داسې ماډلونه شتون لري چې د تیاره انرژۍ حالت پیرامیټر (w) ته اجازه ورکوي چې د -1 ("فانتم") څخه کوچنی وي، چې په بالقوه توګه د لوی ریپ په څیر د سختو سناریوګانو لامل کیږي. داسې طریقې هم شتون لري چې د لویو پیمانه جاذبې تیوري تعدیل کوي (د مثال په توګه، f(R) جاذبه) ترڅو سرعت د جلا تیاره انرژۍ برخې پرته څرګند شي.
ننګونې او د راتلونکي څیړنې لارښوونې
که څه هم ΛCDM د کاسمولوژي "معیاري" ماډل ګرځیدلی، ډیری بنسټیزې پوښتنې خلاصې پاتې دي:
– د تیاره مادې ذراتو هویت څه دی؟ ولې په لابراتوار کې نه دي کشف شوي؟
- ایا تیاره انرژي واقعیا یو کاسمولوژیکي ثابت دی؟ یا دا د وخت په تیریدو سره بدلون مومي؟
- د هبل فشار: د CMB او محلي اندازه کولو څخه د کایناتو د اوسني پراختیا نرخ (H0) اندازه کول ځینې وختونه په بشپړ ډول سره سمون نه خوري، چې د نوي فزیک امکان زیاتوي.
د دې ستونزې د حل لپاره مختلف مشاهداتي او تجربوي پروژې روانې دي: د لویو کهکشانونو سروې، د جاذبې لینزونو ډیر دقیق اندازه کول، د نوي نسل ذراتو کشف کونکي، او د BAOs مخ په زیاتیدونکي مفصل نقشه کول. کمپیوټري پرمختګونه د کاسمیک جوړښت جوړښت سمولیشنونو سره هم مرسته کوي، د تیاره مادې سناریوګانو او بدیلونو ترمنځ توپیر کوي.
تړل
تیاره ماده او تیاره انرژي دوه مهم مفاهیم دي چې زموږ د کایناتو په اړه عصري پوهه جوړوي. تیاره ماده په عمده توګه د کهکشانونو او کهکشانونو په کلسترونو کې د خپل جاذبې اغیزې له لارې "لیدونکې" ده، پداسې حال کې چې تیاره انرژي د کایناتو د ګړندي پراختیا تشریح کولو اړتیا څخه راپورته شوې. پداسې حال کې چې هیڅ یو یې په بشپړ ډول نه پوهیږي، د ΛCDM ماډل، چې دواړه سره یوځای کوي، د ډیری مشاهدو سره سمون کې د پام وړ بریالی ثابت شوی.
خو دا بریا د کیسې پای نه دی. په حقیقت کې، هغه "تیاره" چې د کاسموس ډیره برخه پوښلې ده دا په ګوته کوي چې لاهم د بنسټیزو فزیک طبقې شتون لري چې لاهم کشف شوي ندي. لکه څنګه چې د مشاهدې ټیکنالوژي ګړندۍ کیږي او د ذراتو تجربې ډیرې حساس کیږي، موږ د لویو پوښتنو ځوابولو ته نږدې کیږو: ایا تیاره ماده یوه نوې ذره ده، ایا تیاره انرژي د خالي ځای ملکیت دی، یا موږ اړتیا لرو چې د جاذبې په اړه خپله پوهه بیاکتنه وکړو.
