💃🏽 👨🏾‍🤝‍👨🏼 🙅🏼 Universo oscuro Parte 2 👩🏽‍🎨 ⛹🏻 🔪

Y de nuevo, buen día! Este artículo es una continuación de un artículo publicado anteriormente sobre nuestro Universo "oscuro". En esta parte, continuaremos considerando varias características interesantes en cosmología, que muchos científicos están luchando por explicar.

En general, traté de hacer que las partes sean independientes entre sí, por lo que si no leyó la primera parte, entonces no deberían surgir algunos problemas de comprensión.

Masa negativa

Después de la publicación de la primera parte, surgieron muchas preguntas sobre una característica del "líquido oscuro" como la masa negativa . Por lo tanto, decidí detenerme en este tema con más detalle.

A. Einstein habló por primera vez sobre la masa negativa. En 1918, comentando sobre la introducción de la constante cosmológica en GR, dijo:

Se requiere una modificación de la teoría para que el "espacio vacío" asuma el papel de masas negativas que se distribuyen por todo el espacio interestelar.

Por el momento, la ciencia no conoce partículas que tendrían una masa negativa. Pero a partir de estudios teóricos realizados por científicos, es muy posible aprender sobre algunas de las propiedades esperadas de tales partículas. Por ejemplo, que un cuerpo de masa negativa tendrá inercia negativa. Es decir, el cuerpo bajo la acción de una fuerza externa se acelerará frente a la acción de la fuerza. La interacción gravitacional de partículas con masas opuestas en su conjunto será la siguiente:

Una masa positiva atrae a otras masas positivas y negativas.
Una masa negativa repele las otras masas negativas y las masas positivas.

Con las masas positivas, en principio, todo está claro: se sentirán atraídos. Dos masas negativas se repelerán. Pero para las masas con signos diferentes, hay una paradoja interesante: por un lado, la masa positiva es repelida de la masa negativa, y por otro lado, la masa negativa es atraída hacia lo positivo. Por lo tanto, dos objetos de masa igual y opuesta causarán una aceleración constante del sistema a un objeto de masa positiva: el efecto del llamado "movimiento desbocado".

Tal par de objetos se acelerará sin restricciones (excepto relativistas), aunque la masa total, el momento y la energía del sistema permanecerán iguales a cero. Tal comportamiento es completamente incompatible con nuestra idea del "universo ordinario" y con la interacción conocida de las masas positivas, pero los científicos han demostrado que en sí mismo es completamente matemáticamente consistente y consistente.

Además del escepticismo debido a la extrema inusualidad del efecto, el hecho más significativo es que si consideramos nuestro Universo como una variedad Riemanniana con una sola métrica, tal efecto se vuelve imposible en él. Pero los matemáticos admiten plenamente que puede haber más de una métrica y, por el momento, ya se han propuesto teorías bimétricas del Universo, en las que se introduce una métrica adicional y en el que las partículas con diferentes masas de signos se repelen entre sí. Esto resuelve la paradoja desbocada y hace que la existencia de masa negativa sea completamente legal.

En resumen, desde el punto de vista de la ciencia moderna, la existencia de una masa negativa parece teóricamente posible, pero actualmente no hay evidencia experimental de su existencia. La investigación en esta dirección está en marcha: en 2017 fueUna publicación en Habré con la noticia de que los científicos supuestamente crearon una sustancia con las propiedades de una masa negativa, pero más tarde esta noticia fue refutada.

Dipolo repulsivo

Pero volviendo al vector narrativo general, en la última parte del artículo nos decidimos por un concepto como un repulsor dipolo .

En la década de 1970, al estudiar la radiación relicta, se obtuvieron datos que mostraban que nuestra galaxia y sus vecinos, que conforman el llamado "supercúmulo local de galaxias" (también conocido como el supercúmulo de Virgo), se mueven a una velocidad de aproximadamente 600 km / s. dirección de la constelación Hydra. Los científicos han planteado la hipótesis de que existe una gran acumulación de materia ubicada a una distancia de aproximadamente 60 Mpc, y responsable de este efecto gravitacional. Esta acumulación hipotética de materia se llamaba el Gran Atractor .

Al mismo tiempo, un estudio directo del área en la que se suponía que se encontraría el Gran Atractor se complica por el hecho de que se encuentra en la llamada "zona de evitación", cerrada por la observación del avión de la Vía Láctea con una gran cantidad de estrellas y polvo interestelar, y por lo tanto no es accesible para observaciones directas Sin embargo, durante las observaciones de radio de las fuentes de rayos X, la acumulación de materia era claramente visible.

Solo a fines de la década de 1990, los científicos pudieron detectar alrededor de 600 galaxias en esta dirección. Según el estudio, el centro del Gran Atractor está en la constelación del Gon. Tiene una masa del orden de 10 ¹⁵ Mʘ, o alrededor de 10,000 masas de nuestra galaxia.

En áreas adyacentes al atractor, se detecta un movimiento masivo a gran escala de galaxias en su dirección. Aunque, en comparación con la estructura a gran escala del Universo, todos estos son fenómenos locales, locales, y su existencia no contradice la validez del principio cosmológico a gran escala.

En ese momento, los científicos decidieron que el problema estaba resuelto, pero en 2005, al calcular las masas, se descubrió que el Gran Atractor tiene solo 1/10 de la masa que se supuso originalmente, lo que no es suficiente para explicar una fuerza gravitacional tan poderosa que actúa en nuestro supercúmulo.

Más tarde, los científicos descubrieron que nuestro supercúmulo también es atraído por el supercúmulo Perseo-Piscis , y mucho más masivo, en comparación con el supercúmulo Shapley ya expresado.. Pero su impacto gravitacional total no fue suficiente para explicar completamente el movimiento de la Vía Láctea.

Y en 2017, los científicos presentaron una hipótesis sobre el llamado "repulsor dipolo". Se asume su ubicación en el vacío vecino (un área con una densidad estelar y galáctica relativamente pequeña), lo que literalmente empuja a nuestro supercúmulo hacia el supercúmulo de Shapley.

En virtud de solo un descubrimiento reciente, no hay información confiable sobre la naturaleza del repulsor dipolo, así como evidencia experimental de su existencia, por ejemplo, a través del efecto en galaxias cercanas individuales. Aunque, como ya indiqué en la última parte del artículo, tanto la energía oscura como el líquido oscuro tienen un efecto repulsivo, quizás en algún lugar se encuentre la clave de este fenómeno.

Corriente oscura

Además del movimiento de nuestro supercúmulo al área del Gran Atractor, se registra evidencia de una corriente mucho más global del Universo local. Fue descubierto al analizar la naturaleza de los desplazamientos del orden de 1400 grupos. Sin embargo, esto es solo una parte de la corriente, que se extiende por más de 3 mil millones de años luz. Esta corriente ha recibido el nombre de " corriente oscura ".

La existencia de tal movimiento global no es consistente con el principio cosmológico, según el cual el movimiento de grupos de galaxias a gran escala debe ser aleatorio y caótico.

En este momento, los científicos no pueden mirar más allá de unos 380,000 años después del Big Bang, cuando el Universo se volvió transparente. Esto corresponde a una distancia de aproximadamente 46 mil millones de años luz. Sin embargo, los estudios han demostrado que la fuerza que causa el movimiento en esta dirección está fuera de este rango, y posiblemente más allá de nuestro universo.

Según los científicos, una posible causa del flujo oscuro es el efecto de la masa, que actualmente se encuentra fuera de la parte visible del Universo. Sin embargo, esta explicación tropieza con el principio cosmológico ya mencionado, según el cual el Universo también debe ser homogéneo e isotrópico a gran escala. Y la teoría del Big Bang no permite la formación de masas tan grandes en tan poco tiempo.

Además, hay explicaciones más exóticas, por ejemplo, que el flujo se inicia por la presencia de un universo paralelo, con el que en el momento del Big Bang el nuestro estaba vinculado a nivel cuántico. Pero hasta ahora, estas explicaciones e incluso la existencia misma de la "corriente oscura" no han recibido un reconocimiento unánime y, por el momento, son más un tema de discusión científica.

Grandes murallas

Como ya se mencionó, según el principio cosmológico , en una escala muy grande de observaciones, el Universo debería ser homogéneo e isotrópico, es decir, las diferencias en la masa y estructura de la materia entre las diferentes regiones del Universo deberían ser muy pequeñas. La evidencia principal de esto es la observación de la radiación relicta, que generalmente es uniforme y las fluctuaciones estadísticas son mínimas.

Según los conceptos modernos, la escala a la que debería manifestarse la uniformidad es de 250-300 millones de años luz. Y no deberían existir estructuras heterogéneas de tamaños más grandes. Esta hipótesis se conoce como el " fin de la grandeza ".

A principios del siglo XX, se sabía que las estrellas se agrupan en cúmulos estelares, que, a su vez, forman galaxias. Posteriormente se encontraron cúmulos de galaxias y supercúmulos de galaxias. Sin embargo, el tamaño de los superclusters es muy diferente.

En 2003, los científicos descubrieron la Gran Muralla de Sloan , que tiene un tamaño de 1.370 millones de años luz, que es 4,5 veces la escala prevista de la uniformidad del Universo. Luego, se descubrió un enorme grupo de cuásares con un tamaño de 4 mil millones de años luz, que es 13.5 veces más grande. Y en 2013, se descubrió el muro Hercules-Northern Crown , una estructura heterogénea que mide más de 30 veces el tamaño de la escala prevista. La existencia de tales estructuras a gran escala arroja dudas sobre el principio cosmológico mismo.

El Muro de Hércules-Corona del Norte se encuentra a una distancia de unos 10 mil millones de años luz de nosotros. Lo que significa que lo estamos observando como fue hace 10 mil millones de años, o solo 3,79 mil millones de años después del Big Bang. Como ya se mencionó, actualmente no hay hipótesis generalmente aceptadas sobre cómo podría haberse formado una estructura tan grande en un tiempo tan relativamente corto.

Los científicos están tratando de explicar los supercúmulos relativamente pequeños por el efecto de la materia oscura, que atrae la materia bariónica, que luego observamos en forma de supercúmulos o filamentos galácticos. Pero sobre el enorme grupo de cuásares o el muro de la Corona Hércules-Norte, los científicos solo se encogen de hombros y sugieren que quizás estas no son estructuras reales, sino solo "aparentes", debido a la tecnología limitada utilizada.

Aunque algunos estudiosos están considerando seriamente la suposición de que la edad de nuestro Universo es quizás mucho más de 13.79 mil millones de años aceptados ahora. En este caso, es posible no solo explicar la formación de paredes tan grandes, sino también hacer que la hipótesis sobre la naturaleza de la materia oscura sea más robusta, lo que sugiere que se debe a la gran cantidad de enanas negras que se forman a partir de enanas blancas cuando se enfrían, durando decenas de miles de millones de años.

Eje del mal

Otro fenómeno bastante controvertido, cuando diferentes grupos de científicos, analizando los mismos datos, llegan a conclusiones opuestas. Este fenómeno se relaciona directamente con la radiación reliquia.

La radiación reliquia es radiación térmica, que, según la teoría del Big Bang, se originó en esa época cuando nuestro Universo era solo un montón de plasma. Este último, al estar muy caliente, emitió una gran cantidad de fotones de energía, que deberían haberse emitido de manera uniforme en todas las direcciones.

Debido a esto, la radiación de microondas que llena el Universo tiene un alto grado de isotropía (uniformidad) con una precisión de 0.01%. Las áreas con una desviación de temperatura de la media se llaman regiones de fluctuación.

Al estudiar la radiación reliquia, a principios de la década de 2000, los científicos llamaron la atención sobre alguna anomalía en la distribución de la radiación de microondas en el Universo. Resultó que sus fluctuaciones se ubican en el Universo no al azar, como afirma la teoría del Big Bang, sino a lo largo de cierta región extendida, cuya escala es significativa en comparación con el Universo. Un mayor desarrollo de esta hipótesis llevó a los científicos al hecho de que, probablemente, toda la estructura del Universo se construye alrededor de esta misma línea, que se llamó el " eje del mal ".

Este nombre no fue dado por casualidad, el hecho es que su presencia contradice tanto la teoría del Big Bang como el principio de Copérnico, según el cual ni la Tierra, ni el Sol, ni ningún otro objeto ocupan una posición especial en el Universo.

Un ejemplo de esta anomalía es el "punto frío relicto" en la constelación Eridanus, una región del espacio cuya radiación de microondas es mucho más baja de lo que los científicos predicen en función de las propiedades de la radiación relicta.

Si se confirma la existencia del eje del mal, es probable que esto implique una revisión de las teorías más conocidas, porque hoy en día no permiten la existencia de tales ejes.

Cuerdas cósmicas

Si antes de eso nos centramos principalmente en casos que no están de acuerdo o no con las teorías existentes, entonces con las cuerdas cósmicas sucede lo contrario: tanto la teoría cuántica de campos como la teoría de cuerdas predicen su presencia.

Una cadena cósmica es un pliegue unidimensional del espacio de tiempo, un defecto topológico, cuando dos estructuras o espacios adyacentes de alguna manera "no coinciden" entre sí, lo que hace imposible una transición suave entre ellos. En otras palabras, el círculo alrededor del exterior de la cuerda formará un ángulo total de menos de 360 °.

El diámetro de las cuerdas cósmicas es mucho más pequeño que el tamaño de los núcleos atómicos (del orden de 10 a ²⁹ centímetros), la longitud es de al menos decenas de parsec y la gravedad específica es del orden de 10 ²²g / cm, es decir, solo un millar de kilómetros de cuerda tiene una masa de la Tierra, lo que indica su densidad extremadamente alta.

De la teoría de las cuerdas cósmicas se deduce que surgieron poco después del Big Bang y fueron cerradas o infinitas. Pueden doblarse, superponerse y rasgarse. Los extremos colgantes de las cuerdas se conectan inmediatamente, formando piezas cerradas. Tanto las cadenas como sus fragmentos individuales vuelan a través del Universo a una velocidad cercana a la velocidad de la luz.

GTR predice que una cadena cósmica directa no tiene efecto gravitacional. El único efecto gravitacional de una cadena cósmica directa es la desviación relativa de la sustancia (o luz) que pasa a través de la cadena desde lados opuestos. En este caso, una cadena cósmica cerrada tiene el efecto gravitacional habitual.

Durante la expansión del Universo, las cadenas cósmicas formaron una red de bucles, y anteriormente se creía que su gravedad podría ser la causa de la acumulación inicial de materia en los supercúmulos galácticos. Pero en la actualidad, se estima que su contribución a la formación de la estructura en el universo es inferior al 10%, lo que excluye su notable influencia en la formación de la estructura a gran escala del Universo.

Es imposible ver la cadena cósmica, pero, como cualquier objeto muy masivo, crea una "lente gravitacional": la luz de las fuentes ubicadas detrás de ella debe doblarse a su alrededor. Y aunque las publicaciones en el mundo científico aparecen periódicamente con evidencia indirecta de confirmación experimental de su existencia, por el momento, ninguna de ellas ha sido confirmada.

El descubrimiento experimental de cuerdas cósmicas tendrá consecuencias importantes, incluso para la teoría de cuerdas: en este momento, ya se ha propuesto una amplia gama de modelos de cuerdas cósmicas construidas sobre su base, y con la apertura de cuerdas cósmicas, será posible avanzar al lado de su primera confirmación experimental.

Del autor

Inicialmente, quería mostrar las conexiones entre las conocidas teorías de la física y la cosmología, y cómo aumentaron nuestro conocimiento del Universo. Pero en este momento, como puede ver, se ha formado una situación en la ciencia cuando hay muchas más preguntas en la agenda que respuestas a ellas. Muchas conexiones son más especulativas, y a menudo no están respaldadas por observaciones, y las observaciones a menudo contradicen las teorías.

Las nuevas teorías a menudo agregan muchas más preguntas que las que cubren los puntos blancos: en este momento, se han propuesto docenas de teorías de la gravedad, la gravedad cuántica, teorías de todo, alguien dirá que estos son intentos impotentes de explicar sin un resultado real, alguien dirá que esto es El desarrollo y la creación de nuevas teorías es una confirmación del hecho de que la ciencia no se detiene.

Definitivamente podemos decir que con el tiempo, muchas de nuestras ideas seguramente cambiarán: algunos problemas se resolverán y otros nuevos los reemplazarán, pero el conocimiento y la comprensión de nuestro Universo aumentarán gradualmente. Gracias a todos, espero que este artículo sea interesante para ustedes.

Universo oscuro Parte 2