Хабр Курсы для всех
РЕКЛАМА
Большая витрина: от крупнейших школ до частных авторов. Сравнивайте по цене, длительности, формату и выбирайте самый подходящий курс!
Хабр доступен 24/7 благодаря поддержке друзей
Комментарии 21
Претензия не к автору статьи, а к первоисточнику. Поразительно часто встречается слово симуляция.
Если быть точнее ключевое слово всей статьи в заголовке — «могут\Might ». Уж слишком все приближенно, без конкретики.
Это конечно похвально, что ученые пытаются построить модели распределения темной материи. Но такие статьи не вызывают доверия и требуют глубокого обсуждения.
Другой вопрос, зачем отправлять зонд, если ни косвенный, ни прямой метод обнаружения не дали гарантированных результатов. Я могу ошибаться, но я еще не видел статей подтверждающих обнаружение частиц темной материи.
Если быть точнее ключевое слово всей статьи в заголовке — «могут\Might ». Уж слишком все приближенно, без конкретики.
Это конечно похвально, что ученые пытаются построить модели распределения темной материи. Но такие статьи не вызывают доверия и требуют глубокого обсуждения.
Другой вопрос, зачем отправлять зонд, если ни косвенный, ни прямой метод обнаружения не дали гарантированных результатов. Я могу ошибаться, но я еще не видел статей подтверждающих обнаружение частиц темной материи.
но я еще не видел статей подтверждающих обнаружение частиц темной материи.
А их, как и тёмную энергию, вероятно, невозможно обнаружить. Просто потому, что эти частицы существуют в других измерениях (оба конца струны закреплены где-то в высших измерениях). Только гравитация является универсальным взаимодействием, работающим во всех наших 12/15/20 (или сколько там их уже предложили) измерениях.
Уточните, пожалуйста, о какой размерности идет речь? Я правильно понимаю, что имеется в виду размерность (число независимых переменных) дифференциальных уравнений в теории струн или что-то более геометрическое?
В теории струн и её производных вводятся дополнительные к нашим четырём пространству-времени измерения — пятое, шестое и т.д. Некие частицы могут существовать целиком в этих измерениях, проявляя себя в нашем только гравитацией. Это можно представить себе, отбросив одно измерение. Тогда наша Вселенная — плоскость, в которой существуют двумерные частицы, а частицы тёмной материи — трёхмерные шарики. Электромагнитное, сильное и слабое поля, могут распространяться только в нашей плоскости, но гравитация — универсальное взаимодействие, она распространяется и в третье измерение. Верно и обратное: если частица тёмной материи пролетает рядом с нашей плоскостью, он своей гравитацией действует и на частицы в плоскости.
В теории эти дополнительные измерения обычно приходится хитро искривлять, чтобы не нарушить закон обратных квадратов для гравитации (в евклидовом 4D-пространстве был бы уже закон обратных кубов). Обычно их замыкают на самих себя на очень малых масштабах, порядка планковских, но возможны и другие способы искривления.
В теории эти дополнительные измерения обычно приходится хитро искривлять, чтобы не нарушить закон обратных квадратов для гравитации (в евклидовом 4D-пространстве был бы уже закон обратных кубов). Обычно их замыкают на самих себя на очень малых масштабах, порядка планковских, но возможны и другие способы искривления.
С темной материей вообще странная ситуация. С одной стороны ее в 5 раз больше, чем обычной, а с другой — а где она? Проявления видны лишь на больших масштабах ввиде эффектов кинематики вращающихся галактик и гравитационного линзирования. А вот на локальных масштабах она себя никак не проявляет. Хотя чисто умозрительно в той же солнечной системе темной материи должно быть не на каких-то там несколько мифических волос, а как минимум еще на несколько солнц.
В масштабе СС тёмная материя размазана по пространству очень равномерно. Поэтому гравитацию не создаёт (в том смысле, что отсутствует градиент плотности).
Не должно быть (если только ТМ не имеет склонности образовывать плотные сгущения типа описанных в статье «волос»).
Если взять среднюю плотность ТМ в галактике и умножить ее на объем солнечной системы — не то что на несколько дополнительных звезд не наберется, даже на одну небольшую планету массы не хватит. Это в целом во всем объеме галактике(+гало) ее в разы больше чем обычной материи, но сами звездные системы занимают только мизерный объем от общего объема галактике — 99.(9)% объема это межзвездное пространство.
Не говоря о том, что та часть ТМ что находится внутри солнечной системы будет относительно равномерно «размазана» по этому объему, а не сконцентрирована как планеты/кометы/астероиды и обнаружить ее влияние через гравитацию на движение объектов почти невозможно.
А вот если подобные «сгустки» могут образоваться — это все-таки будет возможно.
Если взять среднюю плотность ТМ в галактике и умножить ее на объем солнечной системы — не то что на несколько дополнительных звезд не наберется, даже на одну небольшую планету массы не хватит. Это в целом во всем объеме галактике(+гало) ее в разы больше чем обычной материи, но сами звездные системы занимают только мизерный объем от общего объема галактике — 99.(9)% объема это межзвездное пространство.
Не говоря о том, что та часть ТМ что находится внутри солнечной системы будет относительно равномерно «размазана» по этому объему, а не сконцентрирована как планеты/кометы/астероиды и обнаружить ее влияние через гравитацию на движение объектов почти невозможно.
А вот если подобные «сгустки» могут образоваться — это все-таки будет возможно.
Сорри за задержку. И все-таки настораживает сильная равномерность распределения. Почему обычная материя склонна образовывать плотные сгустки: облака, звезды, планеты, а ТМ, которая вроде бы также подвержена гравитации, нет? Хоть механизм и одинаковый, но в первом случае гравитация «стягивает» материю, а во втором лишь перемешивает общий бульон и создает небольшие возмущения типа волос.
Кстати, по поводу «волос»: определенный эффект анизотропии вроде бы был обнаружен Шнолем. Вот передача Гордона на этот счет: www.youtube.com/watch?v=ZqROlQkt6GI&list=PLF99B05F40D904963&index=113
Шноль ставит гипотезу, что само пространство анизотропно. Но возможно это влияние флуктуаций темной материи в окресностях Земли.
Кстати, по поводу «волос»: определенный эффект анизотропии вроде бы был обнаружен Шнолем. Вот передача Гордона на этот счет: www.youtube.com/watch?v=ZqROlQkt6GI&list=PLF99B05F40D904963&index=113
Шноль ставит гипотезу, что само пространство анизотропно. Но возможно это влияние флуктуаций темной материи в окресностях Земли.
Почему обычная материя склонна образовывать плотные сгустки: облака, звезды, планеты, а ТМ, которая вроде бы также подвержена гравитации, нет?
Потому что частицы тёмной материи не соединяются друг с другом, как атомы, а продолжают свободно летать. Поэтому твёрдое/газообразное тело типа планеты или звезды не образуется. Они так и остаются в виде облака. Причём скорости частиц таковы, что это облако оказывается более размазанным в пространстве, чем обычная материя. Тёмные гало галактик в 10-100 раз больше самих галактик.
Вопрос правильный, но ответ довольно простой и очевидный. Выше уже в общем сказано.
Из-за того что ТМ (по крайней мере в текущих наших о ней представлениях) не участвует совсем или участвует крайне слабо в электромагнитных и сильных взаимодействиях как обычная материя. Но полноценно участвует в гравитационном.
Без эл.магнитного взаимодействия нет трения, торможения друг о друга и сцепления частиц между собой, поэтому никакие концентрированные образования не формируются несмотря на гравитационное притяжение.
Если не совсем очевидно почему так, то достаточно посмотреть на 2 примера:
1.
Допустим у нас есть 2 рассеянных облака газа обычной материи(допустим водорода) на каком-то расстоянии в абсолютной пустоте (для простоты).
Они обладают потенциальной энергией. За счет гравитации они начитают притягиваться к друг другу и двигаться на встречу с постепенно увеличивающейся скоростью (с ускорением) — потенциальная энергия преобразуется в кинетическую. К моменту встречи вся потенциальная перейдет в кинетическую.
При столкновении и прохождении сквозь друг друга облака начинаются взаимодействовать электромагнитно (а где-то возможно и через сильное взаимодействие) — газ от этого нагревается (часть кинетической энергии преобразуется в тепловую и излучается как фотоны) и заодно употняются вдоль фронта столкновения. В результате расходятся они после столкновения уже на меньшей скорости и более плотными чем были до столкновения.
Потом по инерции летят дальше и расходятся на какое-то расстояние пока вся кинетическая энергия не преобразуется обратно в потенциальную (обусловленную взаимным гравитационным притяжением). Но т.к. часть энергии была потеряна в тепло, разлетятся они на меньшее расстояние чем были изначально.
Цикл повторяется снова, но уже с меньшей механической энергией. И так много раз до тех пор пока эти 2 облака не сольются в одно более крупное облако (а если суммарная масса достаточно большая — то однажды сформируют звезду или планету-газовый гигант)
2
А теперь тоже самое но только с 2мя облаками темной материи.
В начале все идет точно так же как в примере выше до момента столкновения. Только самого столкновения не происходит — нет электромагнитного взаимодействия и трения между частицами же нет. В результате 2 облака свободно проходят друг сквозь друга без взаимодействий и потери энергии. И конце разлетаются обратно на тоже самое расстояние на котором были изначально. Потом начинается новое сближение и т.д. Но т.к. потерь энергии нет, то они так тормозясь и разгоняясь могут сколько угодно летать взаимодействуя лишь гравитационно.
Понятно что это упрощенный пример, реальные космические объекты намного сложнее, но суть должна быть понятна — какими бы сложными в реальности не были гравитационные взаимодействия, ТМ не имея возможности «затормозить» (сбросить энергию в какой-то другой вид через другое взаимодействие) после того как ее стягивает в одно место гравитация всегда разлетается обратно и не может сама по себе сформировать какие либо хоть немного более плотные и компактные объекты чем были изначально. В результате получается такое сильно разряженный и более-менее равномерно размазанный «суп», который находится в постоянном движении, перетекает туда-сюда, но никогда не концентрируется в одном определенном месте.
Гипотетический пример некоторой концентрации о котором написано в статье становится теоретически возможным только за счет грав. взаимодействия с обычной материей (которая перед этим собралась в компактные и тяжелые объекты типа звезд/планет).
Из-за того что ТМ (по крайней мере в текущих наших о ней представлениях) не участвует совсем или участвует крайне слабо в электромагнитных и сильных взаимодействиях как обычная материя. Но полноценно участвует в гравитационном.
Без эл.магнитного взаимодействия нет трения, торможения друг о друга и сцепления частиц между собой, поэтому никакие концентрированные образования не формируются несмотря на гравитационное притяжение.
Если не совсем очевидно почему так, то достаточно посмотреть на 2 примера:
1.
Допустим у нас есть 2 рассеянных облака газа обычной материи(допустим водорода) на каком-то расстоянии в абсолютной пустоте (для простоты).
Они обладают потенциальной энергией. За счет гравитации они начитают притягиваться к друг другу и двигаться на встречу с постепенно увеличивающейся скоростью (с ускорением) — потенциальная энергия преобразуется в кинетическую. К моменту встречи вся потенциальная перейдет в кинетическую.
При столкновении и прохождении сквозь друг друга облака начинаются взаимодействовать электромагнитно (а где-то возможно и через сильное взаимодействие) — газ от этого нагревается (часть кинетической энергии преобразуется в тепловую и излучается как фотоны) и заодно употняются вдоль фронта столкновения. В результате расходятся они после столкновения уже на меньшей скорости и более плотными чем были до столкновения.
Потом по инерции летят дальше и расходятся на какое-то расстояние пока вся кинетическая энергия не преобразуется обратно в потенциальную (обусловленную взаимным гравитационным притяжением). Но т.к. часть энергии была потеряна в тепло, разлетятся они на меньшее расстояние чем были изначально.
Цикл повторяется снова, но уже с меньшей механической энергией. И так много раз до тех пор пока эти 2 облака не сольются в одно более крупное облако (а если суммарная масса достаточно большая — то однажды сформируют звезду или планету-газовый гигант)
2
А теперь тоже самое но только с 2мя облаками темной материи.
В начале все идет точно так же как в примере выше до момента столкновения. Только самого столкновения не происходит — нет электромагнитного взаимодействия и трения между частицами же нет. В результате 2 облака свободно проходят друг сквозь друга без взаимодействий и потери энергии. И конце разлетаются обратно на тоже самое расстояние на котором были изначально. Потом начинается новое сближение и т.д. Но т.к. потерь энергии нет, то они так тормозясь и разгоняясь могут сколько угодно летать взаимодействуя лишь гравитационно.
Понятно что это упрощенный пример, реальные космические объекты намного сложнее, но суть должна быть понятна — какими бы сложными в реальности не были гравитационные взаимодействия, ТМ не имея возможности «затормозить» (сбросить энергию в какой-то другой вид через другое взаимодействие) после того как ее стягивает в одно место гравитация всегда разлетается обратно и не может сама по себе сформировать какие либо хоть немного более плотные и компактные объекты чем были изначально. В результате получается такое сильно разряженный и более-менее равномерно размазанный «суп», который находится в постоянном движении, перетекает туда-сюда, но никогда не концентрируется в одном определенном месте.
Гипотетический пример некоторой концентрации о котором написано в статье становится теоретически возможным только за счет грав. взаимодействия с обычной материей (которая перед этим собралась в компактные и тяжелые объекты типа звезд/планет).
Ok, теперь понятно. Спасибо за исчерпывающий ответ.
Недавно видела краем глаза кусок какой-то телепередачи, где показывались большие структуры Вселенной, и она изображалась как сетка из ТМ, а в местах её сгущения в «корнеплоды» находились галактики и скопления галактик. И озвучивалась мысль: сначала появилась ТМ, приобрела эту топологию, а потом в ней вызрели, как в колыбели, в оболочке, звёзды и галактики. Значит, это фигня, и структура нитей и узлов ТМ — лишь следы распространения обычной материи, и без неё ТМ никаких структур образовывать бы не могла?
Смогла бы, более того, именно ТМ должна была создать первичные концентрации массы. Потому что её в 10 раз больше по массе, чем обычной материи, и ведёт она себя во многом подобно бесстолкновительному газу. См. мой комментарий ниже.
Нет, все правильно (по крайней мере по текущим научным представлениям). Просто это структурирование заметно только на самых больших масштабах — галактик и скоплений галактик, от порядка тысяч световых лет и до миллионов св. лет.
На таких масштабах хоть ТМ и не может «слипаться» в плотные образования, но оказывается связанной гравитационно, т.е. движется вокруг общего центра масс. А т.к. ТМ во вселенной разы больше чем обычной(по последним данным где-то в 5.5 раз), то соответственно крупномасштабная структура вселенной в первую очередь ей и задается.
А вот на умеренных масштабах (уровня отдельной звездной системы) уже намного больше масса обычного вещества(за счет того что из огромных разряженных объемов оно собралось в компактные объекты) и влияние ТМ на обычную на таких расстояниях и промежутках времени не существенно.
На таких масштабах хоть ТМ и не может «слипаться» в плотные образования, но оказывается связанной гравитационно, т.е. движется вокруг общего центра масс. А т.к. ТМ во вселенной разы больше чем обычной(по последним данным где-то в 5.5 раз), то соответственно крупномасштабная структура вселенной в первую очередь ей и задается.
А вот на умеренных масштабах (уровня отдельной звездной системы) уже намного больше масса обычного вещества(за счет того что из огромных разряженных объемов оно собралось в компактные объекты) и влияние ТМ на обычную на таких расстояниях и промежутках времени не существенно.
Всё не совсем так. Два облака ТМ сольются в одно, но с другим распределением скоростей частиц. Более медленные частицы будет сконцентрированы в центре, более быстрые рассеяно летать на периферии. Всё дело в полной механической энергии частицы в результирующем грав. поле облака. Качественно такой же результат даёт N-body моделирование бесстолкновительных звёздных систем без газа. Т.е. когда есть N точечных масс, взаимодействующих только гравитационно, без трения и столкновений. Более того, гало из тёмной материи в таких симуляциях моделируют точно так же, как звёзды — точечными массами, просто изображают их другим цветом (или не изображают вовсе).
www.youtube.com/watch?v=_FlGiqPdbx8
Вот тут хорошо виден процесс. Галактики проходят друг сквозь друга всего 2-3 раза, прежде чем сливаются. Избыток скорости гасится за счёт выброса части материи с большой скоростью в длинные «хвосты». Потом эти хвосты формируют «горячее» гало новой галактики (горячее в смысле аналогии с газом — его звёзды имеют большие скорости, поэтому апоцентры их орбит пролегают далеко от центра масс системы, и такие звёзды в среднем проводят больше времени на периферии, чем более «холодные» — медленные звёзды).
www.youtube.com/watch?v=_FlGiqPdbx8
Вот тут хорошо виден процесс. Галактики проходят друг сквозь друга всего 2-3 раза, прежде чем сливаются. Избыток скорости гасится за счёт выброса части материи с большой скоростью в длинные «хвосты». Потом эти хвосты формируют «горячее» гало новой галактики (горячее в смысле аналогии с газом — его звёзды имеют большие скорости, поэтому апоцентры их орбит пролегают далеко от центра масс системы, и такие звёзды в среднем проводят больше времени на периферии, чем более «холодные» — медленные звёзды).
Ну это вопрос масштаба опять же. Я в примере имел ввиду небольшие облака (с массами порядка планетных-зведных), если взять облако размером с галактику, да расстояние между ними относительно небольшое (сравнимое с размерами самих облаков) то будет по другому.
Я как раз на примере N-body сам когда-то моделировал. на хабре кто-то выкладывал ПО с которым можно было «поиграться» меняя кол-во, массу и начальные скорости точечных объектов и отдельно включать/выключать слипаемость/трение. Очень наглядно получалось, хотя физика в программу была заложена простейщая (только ньютоновская механика + правило по которому определялось «склеились» достаточно близко прошедшие объекты или нет).
На ролике да, но это немного не то. Насколько понимаю галактики в результате сольются ТОЛЬКО за счет того, что они почти на 5ю часть состоят из обычного вещества, которое и будет их тормозить (гасить и рассеивать часть кинетической энергии при взаимодействии с другим обычным веществом и «отнимать» ее у ТМ через гравитацию ).
Без него, при столковении «чистых» облаков и ТМ они прошли бы сквозь друг друга и разлетелись дальше лишь изменив траекторию дальнейшего разлета из-за гравитационного взаимодействия если вектора исходных скоростей лежали не на одной линии.
Я как раз на примере N-body сам когда-то моделировал. на хабре кто-то выкладывал ПО с которым можно было «поиграться» меняя кол-во, массу и начальные скорости точечных объектов и отдельно включать/выключать слипаемость/трение. Очень наглядно получалось, хотя физика в программу была заложена простейщая (только ньютоновская механика + правило по которому определялось «склеились» достаточно близко прошедшие объекты или нет).
На ролике да, но это немного не то. Насколько понимаю галактики в результате сольются ТОЛЬКО за счет того, что они почти на 5ю часть состоят из обычного вещества, которое и будет их тормозить (гасить и рассеивать часть кинетической энергии при взаимодействии с другим обычным веществом и «отнимать» ее у ТМ через гравитацию ).
Без него, при столковении «чистых» облаков и ТМ они прошли бы сквозь друг друга и разлетелись дальше лишь изменив траекторию дальнейшего разлета из-за гравитационного взаимодействия если вектора исходных скоростей лежали не на одной линии.
Черт, спросонья прочитал планшеты, долго не мог понять, почему именно они :)…
Эти волосы формируются из-за взаимодействия тёмной материи с гравитацией планетыКак это детектируют?
космический аппарат, направленный в одно из предполагаемых мест нахождения «корня волоса», сможет собрать уникальные данныеЧерез какие взаимодействия? Какие аномалии или отклонения предполагается обнаружить?
Гравитационные, конечно, аномалии/отклонения. Землю так давно уже картографировали. Вопрос только — достаточно ли существующей чувствительности для этого эксперимента.
Никак, это результаты компьютерного моделирования исходя из гипотезы что ТМ это просто необычный (не взаимодейсвующий) вид вещества + обычная давно проверенная физика (ОТО).
А вот как проверить экспериментально выводы этой теории — можно просто через гравитацию обнаружить при достаточной точности измерений, аппарат направленный к предполагаемому месту расположения подобной «луковицы волоса» будет сначала испытывать аномальное ускорение в эту сторону по мере приближения (немного превышающее расчетное исходя из уравнений ОТО с учетом влияния всех известных объектов солнечной системы), а потом замедление (по мере удаления после пролета через него).
Так же на аппарате можно расположить детектор — по части гипотез, частицы ТМ все-таки могут взаимодействовать с обычным веществом помимо гравитации, только с очень малым сечением взаимодействия (как у нейтрино или еще меньше). И сейчас идет несколько экспериментов по прямому поиску/детектированию частиц ТМ на наземных детекторах.
Если в таких сгущениях ТМ плотность на самом деле в миллиарды раз выше средней, то даже относительно небольшой детектор при нахождении внутри сгустка имеет более высокие шансы зафиксировать эти взаимодействия, чем гигантские детекторы на Земле зарываемые на километры под землю и собирающие статистику годами.
А вот как проверить экспериментально выводы этой теории — можно просто через гравитацию обнаружить при достаточной точности измерений, аппарат направленный к предполагаемому месту расположения подобной «луковицы волоса» будет сначала испытывать аномальное ускорение в эту сторону по мере приближения (немного превышающее расчетное исходя из уравнений ОТО с учетом влияния всех известных объектов солнечной системы), а потом замедление (по мере удаления после пролета через него).
Так же на аппарате можно расположить детектор — по части гипотез, частицы ТМ все-таки могут взаимодействовать с обычным веществом помимо гравитации, только с очень малым сечением взаимодействия (как у нейтрино или еще меньше). И сейчас идет несколько экспериментов по прямому поиску/детектированию частиц ТМ на наземных детекторах.
Если в таких сгущениях ТМ плотность на самом деле в миллиарды раз выше средней, то даже относительно небольшой детектор при нахождении внутри сгустка имеет более высокие шансы зафиксировать эти взаимодействия, чем гигантские детекторы на Земле зарываемые на километры под землю и собирающие статистику годами.
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий
Планеты могут обрастать волосами из тёмной материи