Niewidzialna cywilizacja może istnieć tuż pod twoim nosem. Chociaż wiemy, że zwykła materia jest odpowiedzialna tylko za 1/20 energii Wszechświata i 1/6 energii niesionej przez materię (a wszystko inne kosztuje ciemna energia), uważamy zwykłą materię za bardzo ważny składnik. Z wyjątkiem kosmologów prawie wszyscy ludzie koncentrują się na zwykłej materii, choć z energetycznego punktu widzenia nie jest to takie ważne.
Zwyczajna materia jest nam oczywiście bardziej droga, ponieważ jesteśmy z niej stworzeni - jak cały namacalny świat, w którym żyjemy. Ale jesteśmy nią również zainteresowani ze względu na bogatą różnorodność jej interakcji. Oddziaływania zwykłej materii obejmują elektromagnetyczne, słabe i silne - pomagają materii tworzyć złożone, gęste układy. Nie tylko gwiazdy, ale kamienie, oceany, rośliny i zwierzęta istnieją dzięki niegrawitacyjnym siłom natury odpowiedzialnym za interakcje. Tak jak biesiadnik jest pod silniejszym wpływem alkoholu niż inne składniki piwa, tak zwykła materia, choć przenosi niewielką część gęstości energii, wpływa na siebie i środowisko znacznie bardziej zauważalnie niż coś, co właśnie mija.
Znaną nam widzialną materię można uznać za uprzywilejowany procent - a dokładniej 15% - materii. W biznesie i polityce 1% ludzi wpływa na decyzje i zasady, a pozostałe 99% populacji zapewnia infrastrukturę i wsparcie - konserwuje budynki, utrzymuje funkcjonowanie miast i dostarcza żywność. Podobnie zwykła materia wpływa na prawie wszystko, co obserwujemy, a ciemna materia w swojej obfitości i wszechobecności pomaga tworzyć gromady i galaktyki, zapewnia powstawanie gwiazd, ale ma niewielki wpływ na nasze bezpośrednie otoczenie.
Strukturami, które są nam bliskie, rządzi zwykła materia. Odpowiada za ruch naszych ciał, za źródła energii, które napędzają naszą gospodarkę, za ekran komputera lub papier, na którym to czytasz, i za prawie wszystko, co możesz sobie wyobrazić. Jeśli coś oddziałuje w taki sposób, że można to zmierzyć, to jest warte uwagi, ponieważ może wpływać na nasze środowisko.
Zwykle ciemna materia nie ma tak interesującego wpływu i struktury. Zakłada się, że ciemna materia jest klejem utrzymującym galaktyki i ich gromady w amorficznych chmurach. Ale co, jeśli tak nie jest i to tylko nasza stronniczość - i ignorancja, źródło uprzedzeń - powoduje nasze nieporozumienia?
W Modelu Standardowym istnieje sześć typów kwarków, trzy typy naładowanych leptonów (w tym elektron), trzy typy neutrin, cząstki odpowiedzialne za wszystkie siły oraz nowo odkryty bozon Higgsa. A jeśli świat ciemnej materii, może nie tak bardzo, ale i różnorodny? W tym przypadku interakcje ciemnej materii będą znikome, ale niewielka jej część będzie oddziaływać z siłami przypominającymi siły zwykłej materii. Bogata i złożona struktura cząstek i sił Modelu Standardowego jest odpowiedzialna za wiele interesujących zjawisk. Jeśli ciemna materia ma oddziałujący składnik, może również mieć wpływ.
Gdybyśmy byli stworzeniami składającymi się z ciemnej materii, błędem byłoby wierzyć, że wszystkie cząstki zwykłej materii są takie same. Być może ludzie ze zwykłej materii popełniają ten sam błąd. Biorąc pod uwagę złożoność fizyki cząstek stałych SM, która opisuje najprostsze znane nam składniki materii, wydaje się dziwne założenie, że cała ciemna materia składa się tylko z jednego rodzaju cząstek. Dlaczego nie założyć, że jakaś jego część podlega własnym interakcjom?
W tym przypadku, tak jak zwykła materia składa się z różnych typów cząstek, a wszystkie te podstawowe części składowe oddziałują poprzez różne kombinacje ładunków, tak ciemna materia również będzie miała różne części składowe - a przynajmniej jeden typ takich cząstek będzie uczestniczył w oddziaływaniach niegrawitacyjnych … W przeciwieństwie do sześciu rodzajów kwarków na neutrina SM nie wpływa siła elektryczna ani oddziaływania silne.
Film promocyjny:
Podobnie, możliwe jest, że jeden rodzaj cząstek ciemnej materii jest słaby lub nie oddziałuje z niczym innym, jak tylko przez grawitację, ale około 5% cząstek doświadcza innych interakcji. Opierając się na badaniu zwykłej materii, możemy powiedzieć, że ta opcja jest bardziej prawdopodobna niż zwykłe założenie o obecności jednej słabo oddziałującej cząstki.
Błędem jest, gdy zagraniczni specjaliści od public relations próbują łączyć kulturę innego kraju i ignorować fakt, że może istnieć w niej różnorodność, która jest oczywista dla ich własnego kraju. Tak jak dobry negocjator nie zakłada przewagi jednego sektora społeczeństwa nad innym, próbując porównać różne kultury, tak bezstronny naukowiec nie powinien zakładać, że ciemna materia nie jest tak interesująca jak zwykła materia i brakuje jej różnorodności materii, podobnej do tej. co jest w naszym.
Pisarz popularnonaukowy Corey S. Powell, opisując nasze badania w magazynie Discover, rozpoczął swój artykuł od stwierdzenia, że był „szowinistą w materii lekkiej” - i że my też nim jesteśmy. Miał na myśli, że uważamy, że sprawa, którą znamy, jest ważniejsza, a przez to bardziej złożona i interesująca. Bardzo podobne poglądy obaliła rewolucja kopernikańska. Ale większość ludzi upiera się, że ich punkt widzenia i wiara w nasze znaczenie odpowiadają rzeczywistości.
Wiele składników zwykłej materii oddziałuje na siebie na różne sposoby i na różne sposoby wpływa na świat. Może więc ciemna materia ma różne cząstki o różnych zachowaniach, które w mierzalny sposób wpływają na strukturę wszechświata.
Kiedy po raz pierwszy zacząłem badać częściowo oddziałującą ciemną materię, byłem zaskoczony, że prawie nikt nie pomyślał o tym, że założenie, że tylko zwykła materia wykazuje różne typy cząstek i interakcje, jest aroganckim złudzeniem. Niektórzy fizycy próbowali analizować modele, takie jak „lustrzana ciemna materia”, w której ciemna materia powtarza wszystko, co jest typowe dla zwykłego. Ale takie przykłady są egzotyczne. Ich konsekwencje trudno połączyć z tym, co wiemy.
Kilku fizyków przeanalizowało więcej modeli komunikacyjnych interakcji ciemnej materii. Ale założyli również, że cała ciemna materia jest taka sama i podlega tym samym interakcjom. Nikt nie przyznał prostej możliwości, że chociaż większość ciemnej materii nie oddziałuje ze zwykłą materią, niewielka jej część może to zrobić.
Jeden z powodów tego jest zrozumiały. Większość ludzi uważa, że nowy rodzaj ciemnej materii nie wpłynie na większość obserwowanych zjawisk, jeśli będzie to tylko niewielki ułamek ciemnej materii. Nie byliśmy nawet w stanie zaobserwować jeszcze najważniejszego składnika ciemnej materii i wydaje się przedwczesne zajmowanie się jej małym składnikiem.
Ale jeśli pamiętamy, że zwykła materia niesie tylko 20% energii ciemności, podczas gdy większość z nas zauważa tylko ją, możemy zrozumieć, dlaczego ta logika jest błędna. Materia oddziałująca za pośrednictwem potężniejszych sił nie grawitacyjnych może być ciekawsza i bardziej wpływowa niż większość słabo oddziałującej materii.
Dotyczy to zwykłej materii. Mimo niewielkiej liczby jest zbyt potężny, ponieważ kurczy się w gęste dyski, z których mogą tworzyć się gwiazdy, planety, Ziemia i życie. Naładowany składnik ciemnej materii - chociaż może jej być niewiele - może również kurczyć się i tworzyć dyski, takie jak widoczny dysk w Drodze Mlecznej. Może nawet skondensować się w obiekty, które wyglądają jak gwiazdy. W zasadzie taką strukturę można zaobserwować i być może jest to nawet łatwiejsze do wykonania niż zwykła zimna ciemna materia rozproszona w ogromnym kulistym halo.
Myśląc w ten sposób, liczba możliwości szybko rośnie. W końcu elektromagnetyzm jest tylko jednym z kilku niegrawitacyjnych interakcji, których doświadczają cząstki w Modelu Standardowym. Oprócz siły, która wiąże elektrony z jądrem, cząsteczki SM doświadczają słabych i silnych oddziaływań jądrowych. W świecie zwykłej materii mogą również istnieć inne interakcje, ale są one tak słabe przy dostępnych nam energiach, że nikt ich jeszcze nie zauważył. Ale nawet obecność trzech niegrawitacyjnych oddziaływań wskazuje, że oprócz ciemnego elektromagnetyzmu w ciemnym sektorze mogą również występować oddziaływania niegrawitacyjne.
Być może oprócz sił zbliżonych do elektromagnetycznych na ciemną materię wpływają również siły jądrowe. Jest możliwe, że ciemne gwiazdy mogą powstawać z ciemnej materii, w której zachodzą reakcje jądrowe, dzięki czemu powstają struktury, które zachowują się w sposób bardziej podobny do zwykłej materii niż ciemna materia, którą opisałem do tej pory. W tym przypadku ciemny dysk może zawierać ciemne gwiazdy otoczone ciemnymi planetami składającymi się z ciemnych atomów. Ciemna materia może mieć taką samą złożoność jak zwykła materia.
Częściowo oddziałująca ciemna materia stanowi żyzny grunt do spekulacji i inspiruje nas do odkrywania możliwości, na które inaczej byśmy nie spojrzeli. Pisarze i filmowcy mogą uznać wszystkie te dodatkowe siły i konsekwencje czające się w ciemnym sektorze za bardzo pociągające. Mogą nawet sugerować istnienie mrocznego życia równoległego do naszego. W tym przypadku zamiast zwykłych animowanych stworzeń walczących z innymi animowanymi stworzeniami lub, w rzadkich przypadkach, pracując z nimi, po ekranie mogą maszerować stwory z ciemnej materii, co przeciągałoby całą akcję na siebie.
Ale oglądanie tego nie byłoby takie interesujące. Problem w tym, że filmowcom trudno byłoby sfilmować mroczne życie, które jest dla nas niewidoczne. Nawet gdyby istniały ciemne istoty, nie wiedzielibyśmy o tym. Możesz nie wiedzieć, jak słodkie może być mroczne życie - i prawie na pewno nie.
Chociaż fajnie jest spekulować na temat możliwości ciemnego życia, znacznie trudniej jest dowiedzieć się, jak je obserwować - lub przynajmniej wykryć jego istnienie na podstawie poszlak. Trudno jest znaleźć życie, składające się z tych samych składników, co my, chociaż trwają poszukiwania planet pozasłonecznych. Ale dowód na istnienie mrocznego życia, jeśli istnieje, będzie jeszcze bardziej nieuchwytny niż dowód na istnienie zwykłego życia w odległych światach.
Niedawno byliśmy w stanie zaobserwować fale grawitacyjne emanujące z wielkich czarnych dziur. Praktycznie nie mamy szans na wykrycie grawitacji ciemnej istoty lub całej armii ciemnych stworzeń, bez względu na to, jak blisko nas są.
Idealnie chciałbym jakoś komunikować się z tym nowym sektorem. Ale jeśli na to nowe życie nie wpłyną znane nam siły, tak się nie stanie. Chociaż dzielimy z nimi grawitację, taki wpływ pojedynczego obiektu lub formy życia byłby zbyt słaby, aby go wykryć. Tylko bardzo duże obiekty, takie jak dysk w płaszczyźnie Drogi Mlecznej, mogą wywołać obserwowane efekty.
Ciemne obiekty lub ciemne życie mogą istnieć bardzo blisko nas - ale jeśli całkowita masa ciemnej materii jest niewielka, nie będziemy o tym wiedzieć. Nawet z nowoczesną technologią lub jakąkolwiek inną technologią, jaką możemy sobie wyobrazić, można przetestować tylko bardzo specyficzne możliwości. „Życie w cieniu”, choć jest ekscytujące, prawdopodobnie nie będzie miało namacalnych konsekwencji i może być kuszącą, ale nieosiągalną okazją. Ale mroczne życie to bardzo luźne założenie. Naukowcy nie będą mieli problemu z jej stworzeniem, ale Wszechświat ma do tego znacznie więcej przeszkód. Nie jest jasne, który z wariantów oddziaływań chemicznych jest w stanie podtrzymywać życie i nie wiemy, jakiego rodzaju środowisko jest potrzebne tym wariantom, które są w stanie to zrobić.
Niemniej jednak, w zasadzie, ciemne życie może istnieć tuż pod naszymi nosami. Ale bez silniejszych interakcji z materią naszego świata może się on bawić, walczyć, być aktywny lub pasywny - i nigdy się o tym nie dowiemy. Jednak co ciekawe, gdy zachodzą interakcje w ciemnym świecie, niezależnie od tego, czy chodzi o życie, czy nie, mogą one wpływać na strukturę w wymierny sposób. A wtedy możemy dowiedzieć się znacznie więcej o ciemnym świecie.