ما الأمر؟

نحن محاطون بالمادة. في الواقع ، نحن مهمون. كل شيء نكتشفه في الكون مهم أيضًا. إنه أمر أساسي لدرجة أننا نقبل ببساطة أن كل شيء مصنوع من مادة. إنها لبنة البناء الأساسية لكل شيء: الحياة على الأرض ، الكوكب الذي نعيش عليه ، النجوم والمجرات. عادة ما يتم تعريفه على أنه أي شيء له مساحة ويحتل مساحة.

تسمى كتل البناء للمادة "الذرات" و "الجزيئات". هم أيضا مهمون. المادة التي يمكننا اكتشافها عادة تسمى المادة "الباريونية". ومع ذلك ، هناك نوع آخر من المواد هناك ، والتي لا يمكن اكتشافها مباشرة. لكن تأثيره يمكن. تسمى المادة المظلمة.

من السهل دراسة المادة العادية أو "المادة الباريونية". يمكن تقسيمها إلى جسيمات دون ذرية تسمى اللبتونات (الإلكترونات على سبيل المثال) والكواركات (اللبنات الأساسية للبروتونات والنيوترونات). هذه هي ما تشكل الذرات والجزيئات التي هي مكونات كل شيء من البشر إلى النجوم.

المادة الطبيعية مضيئة ، أي أنها تتفاعل كهرومغناطيسيًا وجاذبيًا مع المواد الأخرى ومعها

جانب آخر يظهر عند مناقشة المادة هو شيء يسمى المادة المضادة. فكر في الأمر على أنه عكس المادة الطبيعية (أو ربما صورة طبق الأصل) لها. كثيرا ما نسمع عنه عندما يتحدث العلماء عنه تفاعلات المادة / المادة المضادة كمصادر طاقة. الفكرة الأساسية وراء المادة المضادة هي أن جميع الجسيمات لها مضاد للجسيمات لها نفس الكتلة ولكن عكس دوران وشحنة. عندما تصطدم المادة والمادة المضادة ، فإنها تقضي على بعضها البعض وتخلق طاقة نقية في شكل أشعة غاما. إن توفير الطاقة ، إذا أمكن تسخيرها ، سيوفر كميات هائلة من الطاقة لأي حضارة يمكنها معرفة كيفية القيام بذلك بأمان.

على عكس المادة العادية ، فإن المادة المظلمة هي مادة غير مضيئة. أي أنها لا تتفاعل كهرومغناطيسيًا وبالتالي تظهر مظلمة (أي أنها لن تعكس الضوء أو تصدره). إن الطبيعة الدقيقة للمادة المظلمة غير معروفة جيدًا ، على الرغم من أن تأثيرها على الكتل الأخرى (مثل المجرات) قد لاحظته علماء الفلك مثل د. فيرا روبين و اخرين. ومع ذلك ، يمكن الكشف عن وجوده من خلال تأثير الجاذبية على المادة الطبيعية. على سبيل المثال ، يمكن أن يقيد وجودها حركات النجوم في المجرة ، على سبيل المثال.

توجد حاليًا ثلاثة احتمالات أساسية لـ "الأشياء" التي تتكون منها المادة المظلمة:

• المادة المظلمة الباردة (آلية التنمية النظيفة): هناك مرشح واحد يسمى الجسيم الضخم الذي يتفاعل بشكل ضعيف (WIMP) والذي يمكن أن يكون الأساس للمادة المظلمة الباردة. ومع ذلك ، لا يعرف العلماء الكثير عنه أو كيف يمكن تشكيله في وقت مبكر من تاريخ الكون. الاحتمالات الأخرى لجسيمات آلية التنمية النظيفة تشمل المحاور ، ومع ذلك ، لم يتم الكشف عنها. وأخيرًا ، هناك MACHOs (كائنات هالو مضغوطة ضخمة) ، يمكنها تفسير الكتلة المقاسة للمادة المظلمة. تشمل هذه الأشياء الثقوب السوداء، عتيق النجوم النيوترونية و كائنات كوكبية وكلها غير مضيئة (أو تقريبًا) ولكنها لا تزال تحتوي على كمية كبيرة من الكتلة. سيشرح ذلك المادة المظلمة بشكل ملائم ، ولكن هناك مشكلة. يجب أن يكون هناك الكثير منها (أكثر من المتوقع نظرًا لعمر بعض المجرات) ويجب أن يكون توزيعها بشكل لا يصدق انتشر بشكل جيد في جميع أنحاء الكون لشرح المادة المظلمة التي وجدها علماء الفلك "هناك". لذا ، تبقى المادة المظلمة الباردة "عمل في التقدم ".
• مادة مظلمة دافئة (WDM): يعتقد أن هذا يتكون من النيوترينوهات المعقمة. هذه جزيئات تشبه النيوترينوات العادية باستثناء حقيقة أنها أكبر بكثير ولا تتفاعل عبر القوة الضعيفة. مرشح آخر لـ WDM هو الجرافيتينو. هذا هو جسيم نظري يمكن أن يوجد إذا نظرية الجاذبية الفائقة - مزيج من النسبية العامة والتناظر الفائق - كسب الجر. يعد WDM أيضًا مرشحًا جذابًا لشرح المادة المظلمة ، ولكن وجود النيوترينوهات أو الجرافيتوزين المعقمة هو المضاربة في أحسن الأحوال.
• مادة مظلمة ساخنة (HDM): الجسيمات التي تعتبر مادة مظلمة ساخنة موجودة بالفعل. يطلق عليهم اسم "النيوترينو". يسافرون في تقريبًا سرعة الضوء ولا "نجمع" معًا بطريقة نعرض بها المادة المظلمة. وبالنظر أيضًا إلى أن النيوترينو عديم الكتلة تقريبًا ، ستكون هناك حاجة إلى كمية لا تصدق منها لتعويض كمية المادة المظلمة المعروفة بوجودها. أحد التفسيرات هو أن هناك نوعًا أو نكهة لم يتم اكتشافها من النيوترينو يمكن أن تكون مشابهة لتلك الموجودة بالفعل. ومع ذلك ، سيكون لها كتلة أكبر بكثير (وبالتالي سرعة أبطأ). ولكن من المحتمل أن يكون هذا أشبه بالمادة المظلمة الدافئة.

لا توجد المادة بالضبط بدون تأثير في الكون وهناك علاقة غريبة بين الإشعاع والمادة. لم يتم فهم هذا الارتباط جيدًا حتى بداية القرن العشرين. في ذلك الوقت بدأ ألبرت آينشتاين في التفكير في العلاقة بين شيء والطاقة والإشعاع. إليك ما توصل إليه: وفقًا لنظريته في النسبية ، فإن الكتلة والطاقة متكافئة. إذا اصطدم ما يكفي من الإشعاع (الضوء) بالفوتونات الأخرى (كلمة أخرى تعني "جسيمات" الضوء) ذات الطاقة العالية بما فيه الكفاية ، فيمكن إنشاء الكتلة. هذه العملية هي ما يدرسه العلماء في المختبرات العملاقة مع مصادمات الجسيمات. يغطس عملهم بعمق في قلب المادة ، بحثًا عن أصغر الجسيمات المعروفة بوجودها.

لذا ، في حين أن الإشعاع لا يعتبر صراحة مادة (ليس له كتلة أو يشغل حجمًا ، على الأقل ليس بطريقة محددة جيدًا) ، فهو مرتبط بالمادة. وذلك لأن الإشعاع يخلق المادة والمادة تخلق الإشعاع (مثل عندما تصطدم المادة والمواد المضادة لها).

مع أخذ اتصال المادة والإشعاع خطوة أخرى ، يقترح المنظرون أيضًا وجود إشعاع غامض في منطقتنا كون. تسمى الطاقة المظلمة. طبيعتها ليست مفهومة على الإطلاق. ربما عندما نفهم المادة المظلمة ، سوف نفهم طبيعة الطاقة المظلمة أيضًا.

تم التعديل والتحديث بواسطة كارولين كولينز بيترسن.