Тъмна материя: Материята, която не можем да видим - Джеймс Гилис

Вижте пълният урок на: http://ed.ted.com/lessons/dark-matter-the-matter-we-can-t-see-james-gillies

Гърците имали проста и елегантна формула за Вселената: просто земя, огън, въздух и вода. Оказва се, че има и нещо повече -- много повече. Видимата материя (и това което е отвъд четирите гръцки елементи) съставлява само 4% от Вселената. Ученият от ЦЕРН, Джеймс Гилис, ни казва какво представляват останалите 96% (тъмна материя и тъмна енергия) и как бихме могли да ги открием.
Урок от Джеймс Гилис, анимация от TED-Ed.

Древните гърци имали страхотна идея:

Вселената е много проста.

Те си мислели,

че всичко необходимо за да бъде изградена били четири елемента:

земя,

въздух,

огън,

и вода.

Що се касае до теории, това е красива теория.

Тя е проста и елегантна.

Тя твърди, че чрез комбиниране на

четирите основни елементи по различни начини,

вие може да произведете цялото прекрасно многообразие във Вселената.

Земя и огън, например,

дават неща, които са сухи.

Въздуха и водата, неща, които са мокри.

Но що се отнася до теории, тя имала проблем.

Тя не предвидила нищо, което може да бъде измерено,

а измерването е в основата на експерименталната наука.

Още по-лошо, теорията била погрешна.

Но гърците са велики мислители

и в 5-ти век пр.н.е.,

Левкип от Милет достигнал

до една от най-дълготрайните научни идеи някога.

Всичко, което виждаме е съставено

от малки, неделими парченца от неща наречени атоми.

Тази теория е проста и елегантна,

и тя има предимството

над теорията за земята, въздуха, огъня и водата,

че е правилна.

Векове на научна мисъл и експериментиране

са установили, че истинските елементи,

неща като водород,

въглерод,

и желязо,

могат да бъдат разбити на атоми.

В теорията на Левкип, атомът е най-малката,

неделима частица, която все още се разпознава

като водород,

въглерод,

или желязо.

Единственото нещо, което не е наред с идеята на Левкип

е, че атомите са, всъщност, делими.

Освен това, идеята му за атомите се оказва

че обяснява само малка част

за това, от какво е направена Вселената.

Това, което изглежда е обикновено нещо във Вселената

е, всъщност, доста рядко.

Атомите на Левкип и нещата, от които са направени,

всъщност съставляват само около 5%

от това, което знаем, че същестува.

Физиците знаят останалата част от Вселената,

95% от нея,

като тъмната Вселена,

направена от тъмна материя и тъмна енергия.

Как знаем това?

Ами знаем го, защото гледаме неща

и ги виждаме.

Това може да изглежда доста опростено,

но в действителност е доста задълбочено.

Всички неща, което са направени от атоми са видими.

Светлината отскача от тях, и можем да ги видим.

Когато погледнем в космоса,

ние виждаме звезди и галактики.

Някои от тях, като тази, в която живеем,

са красиви, спираловидни форми, въртящи се грациозно из пространството.

Когато учените измерили движението

на групи галактики за първи път през 1930-те

и измерили количеството материя, която съдържали,

те били изненадани.

Те открили, че нямало достатъчно видима материя

в тези групи, за да ги държи заедно.

По-нататъшни измервания на индивидуални галактики

потвърдили този озадачаващ резултат.

Просто нямало достатъчно видима материя в галактиките,

за да осигури достатъчно гравитация, която да ги държи заедно.

От това, което можем да видим,

те би трябвало да се раздалечават, но не го правят.

Така че там трябва да има материя,

която не можем да видим.

Ние наричаме това тъмна материя.

Най-доброто доказателство за тъмната материя днес

идва от измерванията на нещо,

наречено космически микровълнов фон,

сияние от Големия взрив,

но това е друга история.

Всички доказателства, които имаме,

казват, че тъмната материя е там

и на нея се пада по-голяма част от материята

в тези красиви спирални галактики,

които изпълват небесата.

Та къде ни води това?

Ние отдавна знаем, че небето

не се върти около нас,

и че сме жители на една доста обикновена планета,

обикаляща сравнително обикновена звезда,

в спиралния ръкав на доста обикновена галактика.

Откриването на тъмната материя ни отведе

една стъпка по-надалеч от центъра на нещата.

То ни каза, че материята от която сме направени

е само една малка част от това, което образува Вселената.

Но предстоеше още.

В началото на този век,

учените, изучаващи външните предели на Вселената,

потвърдиха, че не само всичко се отдалечава

от всичко останало,

както можете да очаквате от Вселена,

която е започнала от горещ и плътен голям взрив,

но, че разширяването на Вселената

също така изглежда се ускорява.

На какво се дължи това?

Или има някакъв вид енергия,

която тласка това ускорение,

точно както осигурявате енергия за ускоряването на кола,

или гравитацията не се държи точно както си мислим.

Повечето учени мислят, че първото е вярно,

че има някакъв вид енергия движеща ускорението,

и те я наричат "тъмна енергия."

Днес най-добрите измервания ни позволяват да разберем

точно каква част от Вселената е тъмна.

Изглежда, че тъмната енергия съставлява

около 68% от Вселената

и тъмна материя около 27%,

оставяйки само 5% за нас

и всичко останало, което всъщност може да видим.

От какво е направена тъмната материя?

Не знаем,

но има теория, наречена "суперсиметрия,"

която може да обясни част от нея.

Суперсиметрията, или СУСИ за кратко,

прогнозира цяла гама от нови частици,

някои от които могат да съставляват тъмната материя.

Ако намерим доказателства за СУСИ,

можем да отидем от разбиране на 5% от нашата Вселена,

нещата, които можем да видим,

до около една трета.

Не е зле за един ден работа.

Тъмната енергия вероятно ще бъде по-трудна за разбиране,

но има някои спекулативни теории,

които може да посочат правилния път.

Сред тях са теории, които се връщат

до тази първа голяма идея на древните гърци,

идеята, с която започнахме преди няколко минути,

идеята, че Вселената трябва да е проста.

Тези теории предвиждат, че има само един елемент

от който произтича прекрасното многообразие на Вселената,

вибрираща струна.

Идеята е, че всички частици които знаем днес

са просто различни хармоници в струната.

За съжаление, струнните теории днес

са, все още, недоказуеми.

Но с толкова голяма част от Вселената, чакаща да бъде изследвана,

залозите са високи.

Дали всичко това ви кара да се чувствате малки?

Не трябва да бъде така.

Вместо това, трябва да се възхищавате

на факта, че доколкото знаем,

вие сте член на единствения вид във Вселената,

който може дори да започне да разбира нейните чудеса,

и че живеете в точното време

за да видите нашето разбиране да експлодира.