ชีวิตขึ้นอยู่กับสสารมืดเป็นไปได้หรือไม่?

2024 ผู้เขียน: Seth Attwood | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-16 16:17

มวลส่วนใหญ่ในจักรวาลของเรานั้นมองไม่เห็น และมาระยะหนึ่งแล้ว นักฟิสิกส์พยายามทำความเข้าใจว่ามวลที่เข้าใจยากนี้คืออะไร หากประกอบด้วยอนุภาค ความหวังก็คือ Large Hadron Collider สามารถผลิตอนุภาคสสารมืดได้ มิฉะนั้นกล้องโทรทรรศน์อวกาศจะเห็นลายเซ็นของรังสีแกมมาที่มีวาทศิลป์ของการชนกันของสสารมืด จนถึงตอนนี้ก็ไม่มีอะไร และปัญหานี้ทำให้นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีไตร่ตรองแนวคิดใหม่

ในปี 2560 ลิซ่า แรนดอลล์ นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชื่อดังได้พิจารณาความเป็นไปได้อันน่าทึ่งของสสารมืด สมมุติฐานแน่นอน แทนที่จะปฏิบัติต่อสสารมืดเป็นอนุภาคชนิดหนึ่ง เธอสันนิษฐานว่าสสารมืดอาจประกอบด้วยอนุภาคทั้งตระกูลที่ประกอบเป็นดาวมืด ดาราจักรมืด ดาวเคราะห์มืด และอาจมีชีวิตที่มืด เคมีของจักรวาลมืดอาจมีความเข้มข้นและหลากหลายพอๆ กับ "เคมีปกติ" ของเราเอง แต่ไม่ใช่ทุกอย่างจะง่ายนัก

ปัญหาสสารมืด

จักรวาลของเราเป็นสถานที่ที่น่าทึ่ง แม้ว่าจะเข้าใจยาก

ในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมา เราได้ตระหนักว่า 84.5% ของสสารในจักรวาลไม่สามารถมองเห็นได้ ด้วยชื่อเล่นที่ค่อนข้างงุ่มง่าม "สสารมืด" สารนี้จึงอยู่ในสถานะที่มันไม่โต้ตอบกับสสาร "ปกติ" เช่นเดียวกับพลังงานมืด สิ่งเหล่านี้เป็น "ความมืด" เพราะเราไม่เข้าใจมัน

ถ้ามีเศษสสารมืดอยู่บนโต๊ะของฉันตอนนี้ ฉันจะไม่มีวันรู้เรื่องนี้เลย โดยทั่วไปแล้วสสารมืดชิ้นหนึ่งไม่สามารถวางบนโต๊ะของฉันได้ มันจะตกลงไปที่โต๊ะ พื้น และเปลือกโลก พุ่งเข้าหาแรงโน้มถ่วงในแกนโลกของเรา หรือมันจะหายไปในอวกาศอย่างเข้าใจยาก สสารมืดมีปฏิสัมพันธ์กับอะไรก็ตามที่ชิ้นนี้จะตกลงผ่านสสารธรรมดาราวกับว่าไม่มีอยู่จริง

ในระดับเล็กน้อย การปรากฎตัวของความโน้มถ่วงของสสารมืดนั้นเล็กน้อย แต่ในระยะจักรวาลวิทยา รู้สึกถึงการปรากฏตัวของสสารมืดอย่างแน่นอน - สามารถสังเกตได้ทางอ้อมจากผลของแรงโน้มถ่วงต่อกระจุกดาราจักรและผลกระทบต่อการหมุนของดาราจักร เรารู้ว่ามีอยู่จริง เรามองไม่เห็น

และเราไม่รู้ว่ามันคืออะไร เราได้แต่เดาเอาเอง

เรื่องธรรมดา - หรือที่เรียกว่าสสารแบริออน - ทำปฏิกิริยาผ่านแม่เหล็กไฟฟ้า แรงโน้มถ่วง แรงและแรงอ่อน แรงเหล่านี้ถ่ายเทพลังงานและสร้างโครงสร้างให้กับสสารทั้งหมด ในทางกลับกัน สสารมืดมักถูกมองว่าเป็น "สสาร" ที่ไม่มีรูปร่างซึ่งไม่สามารถโต้ตอบผ่านแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่ว่าจะอ่อนหรือแรง ดังนั้นจึงสันนิษฐานว่าสสารมืดเป็น "ไม่ใช่แบริออน" สสารที่ไม่ใช่แบริออนสามารถเปิดเผยการมีอยู่ของมันด้วยแรงโน้มถ่วงเท่านั้น

ผู้สมัครชั้นนำในการค้นหาสสารมืดคือ WIMP ซึ่งเป็นอนุภาคขนาดใหญ่ที่มีปฏิสัมพันธ์เล็กน้อย ตามชื่อ WIMP อนุภาคสมมุติฐานนี้ไม่มีปฏิกิริยากับสสารปกติ ดังนั้นจึงไม่เป็นแบริออน

แบบจำลองจักรวาลวิทยาที่จัดตั้งขึ้นทำนายว่าสสารมืด - ไม่ว่าจะเป็นในรูปแบบของ WIMP หรือ "แกน" - ทำให้จักรวาลของเรามีโครงสร้างและมักจะเรียกง่ายๆว่า "กาว" ที่ยึดจักรวาลของเราไว้ทั้งหมด

จากการสังเกตการหมุนของดาราจักร นักดาราศาสตร์ Vera Rubin สังเกตว่าสสารส่วนใหญ่ในดาราจักรนั้นไม่สามารถสังเกตได้ มีเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่มองเห็นได้ - ดวงดาว ก๊าซ และฝุ่น ส่วนที่เหลือซ่อนอยู่ในรัศมีสสารมืดขนาดใหญ่ แต่มองไม่เห็นราวกับว่ากาแล็กซีสสารธรรมดาที่มองเห็นได้ของเราเป็นเพียงฮูดบนวงล้อสสารมืดขนาดใหญ่ที่ขยายออกไปไกลเกินกว่าที่เราเห็น

ในบทความที่ตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ นี้ (2013) Randall และเพื่อนร่วมงานของเธอได้นำเสนอสสารมืดในรูปแบบที่ซับซ้อนมากขึ้น ตามที่กล่าวไว้รัศมีสสารมืดของกาแลคซีของเราไม่ได้ประกอบด้วยมวลอสัณฐานของสสารที่ไม่ใช่แบริออนเพียงประเภทเดียวเท่านั้น

“ดูแปลกมากที่จะสรุปว่าสสารมืดทั้งหมดประกอบด้วยอนุภาคเพียงประเภทเดียว” แรนดอลล์เขียน "นักวิทยาศาสตร์ที่เป็นกลางไม่ควรปล่อยให้สสารมืดมีความหลากหลายเท่ากับสสารปกติของเรา"

"จักรวาลเงา" ที่อุดมไปด้วย?

เช่นเดียวกับจักรวาลที่มองเห็นได้ของเราถูกควบคุมโดยแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ - ตระกูลอนุภาคที่ได้รับการพิสูจน์แล้วอย่างดี (รวมถึงฮิกส์โบซอนที่น่าอับอาย) และกองกำลัง แบบจำลองอนุภาคสสารมืดและกองกำลังที่หลากหลายและหลากหลายสามารถทำงานในรัศมีดาราจักรมืดได้หรือไม่

งานวิจัยนี้เป็นไปตามตรรกะของการสันนิษฐานว่ามีฟิสิกส์ที่ไม่รู้จักมากมายในส่วนมืดของจักรวาล - เรียกมันว่า "จักรวาลแห่งเงา" - ซึ่งอยู่คู่ขนานกับเราและมีความซับซ้อนทั้งหมดที่จักรวาลที่มองเห็นได้ของเรานำเสนอ

นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์เคยแนะนำว่า "ดาวมืด" - ดาวที่ทำจากสสารมืด - อาจมีอยู่ในจักรวาลโบราณของเราจนถึงทุกวันนี้ ถ้าเป็นเช่นนั้น Randall ให้เหตุผลว่า บางที "ดาวเคราะห์มืด" อาจก่อตัวขึ้นได้ และหากมีกลุ่มอนุภาคสสารมืดที่ควบคุมโดยกองกำลังที่ใช้ในภาคมืด สิ่งนี้จะนำไปสู่การเกิดขึ้นของเคมีที่ซับซ้อนได้หรือไม่ และเพื่อชีวิต?

อย่างไรก็ตาม หากมี "ความมืด" หรือ "เงา" ชีวิตคู่ขนานกับจักรวาลของเรา คุณคงลืมไปว่าเราสามารถตรวจจับได้

ชีวิตเงาจะยังคงอยู่ในเงามืด

ดูเหมือนเป็นการดึงดูดที่จะใช้สมมติฐานนี้เพื่ออธิบายความลึกลับในชีวิตประจำวันทั้งหมดหรือแม้แต่ข้ออ้างเหนือธรรมชาติที่วิทยาศาสตร์ไม่สามารถโต้แย้งหรือสนับสนุนได้ จะเกิดอะไรขึ้นถ้า "ผี" หรือ "แสงบนท้องฟ้า" ที่อธิบายไม่ได้เป็นเรื่องตลกของสิ่งมีชีวิตที่มืดมิดที่อาศัยอยู่ด้านหลังทุกสิ่ง?

แม้ว่าตรรกะนี้จะใช้ได้ดีสำหรับรายการทีวีหรือภาพยนตร์ แต่สิ่งมีชีวิตที่มืดมิดเหล่านี้จะอาศัยอยู่ในจักรวาลอันมืดมิดที่ไม่เข้ากับเรื่องธรรมดาโดยสิ้นเชิง อนุภาคและแรงของพวกมันจะไม่มีผลใดๆ ในจักรวาลของเรา คุณสามารถอ่านบรรทัดเหล่านี้นั่งอยู่บนตอไม้ในป่ามืดและคุณจะไม่มีวันรู้เรื่องนี้

แต่เนื่องจากเราอยู่ร่วมกับจักรวาลเงานี้ในกาลอวกาศเดียวกัน - โดยไม่มีมิติที่ไม่จำเป็นหรือลิขสิทธิ์ - สัญญาณเดียวเท่านั้นที่สามารถส่งได้

คลื่นความโน้มถ่วงถูกค้นพบในปี 2559 และการตรวจจับระลอกคลื่นเหล่านี้ครั้งแรกในกาลอวกาศเกิดจากการชนกันของหลุมดำ ดูเหมือนเป็นไปได้ทีเดียวที่คลื่นโน้มถ่วงสามารถตรวจพบได้ในส่วนมืด แต่เฉพาะเหตุการณ์จักรวาลที่ทรงพลังที่สุดในภาคมืดเท่านั้นที่สามารถตรวจพบได้ที่ปลายเส้นลวด

สรุปแล้ว เราแทบจะไม่มีวันพิสูจน์การมีอยู่ของสิ่งมีชีวิตสสารมืดที่น่ารัก แต่แรนดัลชี้ให้เห็นจุดสำคัญ เมื่อเราพิจารณาที่มาของสสารมืด เราต้องมองข้ามอคติของเรา ภาคมืดอาจเป็นกลุ่มอนุภาคสสารมืดและกองกำลังที่ซับซ้อนซึ่งเกินกว่าที่เราจะจินตนาการได้