Selama berabad-abad, kita dengan sombong percaya bahawa kita telah menemui hampir semua jawapan untuk pertanyaan kita yang paling dalam. Para saintis berpendapat bahawa mekanik Newton menggambarkan semuanya sehingga mereka menemui sifat gelombang cahaya. Ahli fizik berpendapat bahawa ketika Maxwell menyatukan elektromagnetisme itu adalah garis penamat, tetapi kemudian relativiti dan mekanik kuantum muncul. Banyak yang berpendapat bahawa sifat jirim benar-benar jelas ketika kita menjumpai proton, neutron dan elektron, tetapi kemudian kita menemui zarah bertenaga tinggi. Hanya dalam 25 tahun, lima penemuan luar biasa telah membentuk kembali pemahaman kita tentang alam semesta, dan masing-masing menjanjikan revolusi epik. Kita hidup dalam masa yang luar biasa: kita mempunyai peluang untuk melihat ke dalam misteri semua perkara.
Jisim Neutrino
Ketika kami mulai mengandalkan kertas neutrino yang berasal dari Matahari, kami mendapat nombor berdasarkan gabungan yang mesti berlaku di dalamnya. Tetapi ketika kita benar-benar mula menghitung neutrino yang berasal dari Matahari, kita hanya melihat sepertiga dari apa yang diharapkan. Kenapa? Jawapannya baru muncul baru-baru ini apabila gabungan pengukuran neutrino suria dan atmosfera menunjukkan bahawa mereka dapat berayun dari satu jenis ke jenis yang lain. Kerana mereka mempunyai jisim.
Apa maksudnya untuk astrofizik. Neutrinos adalah zarah besar yang paling banyak di Alam Semesta: terdapat satu bilion kali lebih banyak daripada elektron. Sekiranya mereka mempunyai jisim, maka berikut:
- mereka membentuk sebahagian kecil daripada bahan gelap,
- jatuh ke dalam struktur galaksi, Video promosi:
- mungkin membentuk keadaan astrofizik pelik yang dikenali sebagai kondensat fermion, - mungkin berkaitan dengan tenaga gelap.
Sekiranya neutrino mempunyai jisim, mereka juga boleh menjadi zarah Majorana (bukan partikel jenis Dirac yang lebih biasa), yang menyediakan jenis peluruhan nuklear baru. Mereka juga mungkin mempunyai saudara kiri yang sangat berat yang dapat menjelaskan perkara gelap. Neutrinos juga membawa sebahagian besar tenaga dalam supernova, bertanggung jawab untuk menyejukkan bintang neutron, mempengaruhi susulan Big Bang (CMB), dan merupakan bahagian penting dalam kosmologi dan astrofizik moden.
Mempercepat Alam Semesta
Sekiranya Alam Semesta bermula dengan Big Bang yang panas, ia akan mempunyai dua sifat penting: kadar pengembangan awal dan kepadatan bahan / radiasi / tenaga awal. Sekiranya ketumpatannya terlalu besar, alam semesta akan disatukan kembali; jika terlalu kecil, alam semesta akan berkembang selamanya. Tetapi di Alam Semesta kita, ketumpatan dan pengembangan tidak hanya seimbang sepenuhnya, tetapi sebahagian kecil tenaga ini datang dalam bentuk tenaga gelap, yang bermaksud bahawa Alam Semesta kita mula berkembang dengan pesat setelah 8 bilion tahun dan terus berlanjutan dalam semangat yang sama sejak itu.
Apa maksudnya untuk astrofizik. Buat pertama kalinya dalam sejarah umat manusia, kami mendapat peluang untuk belajar sedikit mengenai nasib alam semesta. Semua objek yang tidak terhubung secara graviti satu sama lain akhirnya akan tersebar, yang bermaksud bahawa segala sesuatu di luar kumpulan tempatan kita suatu hari akan terbang. Tetapi apakah sifat tenaga gelap? Adakah ini benar-benar pemalar kosmologi? Adakah ia berkaitan dengan vakum kuantum? Mungkinkah bidang yang kekuatannya berubah dari masa ke masa? Misi masa depan seperti ESA's Euclid, NASA's WFIRST dan teleskop 30 meter baru akan memungkinkan pengukuran tenaga gelap yang lebih tepat dan membolehkan kita mencirikan secara tepat bagaimana alam semesta mempercepat. Lagipun, jika pecutan meningkat, Alam Semesta akan berakhir dengan Big Rip; jika jatuh, dengan Mampatan Besar. Nasib seluruh alam semesta dipertaruhkan.
Eksoplanet
Satu generasi yang lalu, kami menyangka terdapat planet berhampiran sistem bintang lain, tetapi kami tidak mempunyai bukti untuk menyokong tesis ini. Pada masa ini, sebagian besar terima kasih kepada misi Kepler NASA, kami telah menemui dan menguji ribuan ini. Banyak sistem suria berbeza dengan kita: ada yang mengandungi Bumi super atau Neptunus mini; ada yang mengandungi gergasi gas di bahagian dalam sistem suria; kebanyakannya mengandungi ukuran bumi dengan jarak yang tepat dari bintang kerdil kecil yang redup dan redup agar air cair ada di permukaan. Masih banyak yang perlu dilihat.
Apa maksudnya untuk astrofizik. Untuk pertama kalinya dalam sejarah, kami telah menemui dunia yang mungkin menjadi calon hidup. Kita lebih dekat dari sebelumnya untuk mengesan tanda-tanda kehidupan makhluk asing di alam semesta. Dan banyak dunia ini mungkin suatu hari nanti menjadi rumah jajahan manusia sekiranya kita memilih untuk mengambil jalan ini. Pada abad ke-21, kita akan mula meneroka kemungkinan-kemungkinan berikut: mengukur atmosfer dunia ini dan mencari tanda-tanda kehidupan, menghantar prob angkasa pada kelajuan yang signifikan, menganalisisnya untuk kesamaan dengan Bumi dari segi ciri seperti lautan dan benua, penutup awan, kandungan oksigen di atmosfera, masa tahun ini. Tidak pernah dalam sejarah alam semesta ada momen yang lebih sesuai untuk ini.
Higgs boson
Penemuan zarah Higgs pada awal tahun 2010 akhirnya melengkapkan Model Piawai zarah unsur. Boson Higgs mempunyai jisim sekitar 126 GeV / s2, mereput setelah 10-24 saat dan merosot persis seperti yang diramalkan oleh Model Piawai. Tidak ada tanda-tanda fizik baru di luar Model Piawai dalam tingkah laku zarah ini, dan itu adalah masalah besar.
Apa maksudnya untuk astrofizik. Mengapa jisim Higgs jauh lebih kecil daripada jisim Planck? Soalan ini dapat dirumuskan dengan cara yang berbeza: mengapa daya graviti lebih lemah daripada kekuatan yang lain? Terdapat banyak kemungkinan penyelesaian: supersimetri, dimensi tambahan, kegembiraan asas (penyelesaian konformal), Higgs sebagai zarah penyusun (teknikolor), dan lain-lain. Tetapi setakat ini penyelesaian ini tidak mempunyai bukti, dan adakah kita telah melihat dengan teliti?
Pada tahap tertentu, mesti ada sesuatu yang baru: zarah baru, medan baru, kekuatan baru, dan lain-lain. Semuanya secara semula jadi akan mempunyai kesan astrofizik dan kosmologi, dan semua kesan ini bergantung pada model. Sekiranya fizik zarah, misalnya di LHC, tidak memberikan petunjuk baru, mungkin astrofizik akan. Apa yang berlaku pada tenaga tertinggi dan pada jarak terpendek? Big Bang - dan sinar kosmik - membawa kita tenaga tertinggi daripada pemecut zarah paling kuat yang pernah kita miliki. Kunci seterusnya untuk menyelesaikan salah satu masalah terbesar dalam fizik mungkin berasal dari angkasa, bukan di Bumi.
Gelombang graviti
Selama 101 tahun, ini adalah rahsia suci astrofizik: pencarian bukti langsung mengenai ramalan terbesar Einstein yang belum terbukti. Ketika Advanced LIGO masuk dalam talian pada tahun 2015, ia dapat mencapai kepekaan yang diperlukan untuk mengesan riak dalam jarak masa dari sumber gelombang gelombang terpendek gelombang terpendek di Alam Semesta: melilit dan menggabungkan lubang hitam. Dengan dua pengesanan yang disahkan di bawah tali pusatnya (dan berapa banyak lagi), Advanced LIGO telah mengambil astronomi gelombang graviti dari fantasi ke realiti.
Apa maksudnya untuk astrofizik. Semua astronomi hingga sekarang bergantung pada cahaya, dari sinar gamma hingga spektrum yang dapat dilihat, gelombang mikro dan frekuensi radio. Tetapi mengesan riak dalam jarak masa adalah kaedah yang sama sekali baru untuk mengkaji fenomena astrofizik di alam semesta. Dengan pengesan yang betul dan kepekaan yang betul, kita dapat melihat:
- menggabungkan bintang-bintang neutron (dan mengetahui sama ada ia mencipta pecah sinar gamma);
- penggabungan kerdil putih (dan kami mengaitkan supernova jenis Ia dengan mereka);
- lubang hitam supermasif yang memakan jisim lain;
- tanda tangan gelombang graviti supernova;
- tandatangan pulsar;
- tanda tangan gelombang graviti sisa kelahiran Alam Semesta, mungkin.
Sekarang astronomi gelombang graviti berada di awal pengembangan, hampir tidak menjadi medan yang terbukti. Langkah-langkah seterusnya adalah untuk meningkatkan jangkauan kepekaan dan frekuensi, serta perbandingan apa yang dilihat di langit graviti dengan langit optik. Masa depan akan datang.
Dan kita tidak bercakap mengenai teka-teki hebat yang lain. Terdapat jirim gelap: lebih daripada 80% jisim Alam Semesta sama sekali tidak dapat dilihat dengan cahaya dan perkara biasa (atom). Terdapat masalah baryogenesis: mengapa alam semesta kita penuh dengan jirim dan bukan antimateri, walaupun setiap reaksi yang pernah kita perhatikan benar-benar simetri dalam jirim dan antimateri. Terdapat paradoks lubang hitam, inflasi kosmik, dan teori graviti kuantum yang berjaya belum dibuat.
Selalu menggoda untuk berfikir bahawa hari-hari terbaik kita ada di belakang kita, dan penemuan yang paling penting dan revolusioner telah dibuat. Tetapi jika kita ingin memahami persoalan terbesar - dari mana asalnya Alam Semesta, dari mana sebenarnya ia terdiri, bagaimana ia muncul dan ke mana ia pergi, bagaimana ia akan berakhir - kita masih mempunyai banyak kerja yang harus dilakukan. Dengan teleskop yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam ukuran, jarak dan kepekaan, kita dapat belajar lebih banyak daripada yang pernah kita ketahui. Kemenangan tidak pernah dijamin, tetapi setiap langkah yang kita ambil membawa kita selangkah lebih dekat ke destinasi kita. Tidak kira di mana perjalanan ini membawa kita, perkara utama adalah bahawa ia akan menjadi luar biasa.
