האם חיים המבוססים על חומר אפל אפשריים?

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

הרוב המכריע של המסה ביקום שלנו אינו נראה. וכבר לא מעט זמן, פיסיקאים מנסים להבין מהי המסה החמקמקה הזו. אם הוא עשוי מחלקיקים, התקווה היא שמאיץ ההדרון הגדול יכול לייצר חלקיק חומר אפל, או שטלסקופ החלל יראה חתימת קרני גמא רהוטה של התנגשויות חומר אפל. בינתיים אין כלום. והבעיה הזו גורמת לפיזיקאים תיאורטיים להרהר ברעיונות חדשים.

בשנת 2017, הפיזיקאית התיאורטית הנודעת ליסה רנדל בחנה את אחת האפשרויות המדהימות ביותר של החומר האפל. היפותטי, כמובן. במקום להתייחס לחומר אפל כאל סוג מסוים של חלקיקים, היא הניחה שחומר אפל יכול להיות מורכב ממשפחה שלמה של חלקיקים המרכיבים כוכבים אפלים, גלקסיות אפלות, כוכבי לכת אפלים ואולי חיים אפלים. הכימיה של היקום האפל יכולה להיות עשירה ומגוונת כמו ה"כימיה הרגילה" שלנו. אבל לא הכל כל כך פשוט.

בעיית החומר האפל

היקום שלנו הוא מקום מדהים, אם כי לא מובן.

במהלך העשורים האחרונים, הבנו שלא ניתן לראות 84.5% מהחומר ביקום. בהינתן הכינוי המביך למדי שלו "חומר אפל", חומר זה נמצא במצב בו הוא אינו יוצר אינטראקציה עם חומר "רגיל". כמו אנרגיה אפלה, הדברים האלה הם "אפלים" כי אנחנו לא מבינים אותם.

אם יש פיסת חומר אפל על שולחני עכשיו, לעולם לא אדע על כך. פיסת חומר אפל באופן כללי, ככזו, לא יכולה לשכב על שולחני. הוא ייפול מבעד לשולחן, והרצפה וקרום כדור הארץ ימהרו לתוך באר הכבידה בליבת הפלנטה שלנו. או שהוא ייעלם בחלל בצורה לא מובנת. החומר האפל מקיים אינטראקציה כל כך חלשה עם כל דבר שהיצירה הזו פשוט תיפול דרך החומר הרגיל, כאילו היא לא קיימת.

בקנה מידה קטן, הביטוי הכבידתי של החומר האפל הוא זניח, אך במרחקים קוסמולוגיים בהחלט מורגשת נוכחותו של החומר האפל - ניתן לצפות בו בעקיפין על ידי השפעתו הגרביטציונית על צבירי הגלקסיות והשפעתו על סיבוב הגלקסיות. אנחנו יודעים שזה קיים, אנחנו פשוט לא רואים את זה.

ואנחנו לא יודעים מה זה, אנחנו יכולים רק לנחש

חומר רגיל - הלא הוא חומר בריוני - מקיים אינטראקציה באמצעות כוחות אלקטרומגנטיים, כבידה, חזקים וחלשים. כוחות אלו מעבירים אנרגיה ונותנים מבנה לכל החומר. חומר אפל, לעומת זאת, נתפס בדרך כלל כענן אמורפי של "חומר" שאינו יכול לקיים אינטראקציה באמצעות כוחות אלקטרומגנטיים, חלשים או חזקים. לכן, ההנחה היא שחומר אפל הוא "לא בריוני". חומר לא בריוני יכול לחשוף את נוכחותו רק בכוח הכבידה.

המועמד המוביל בחיפוש אחר חומר אפל הוא WIMP, חלקיק מסיבי בעל אינטראקציה חלשה. כפי שהשם WIMP מרמז, החלקיק ההיפותטי הזה אינו יוצר אינטראקציה עם חומר רגיל - כך שהוא אינו בריוני.

מודלים קוסמולוגיים מבוססים חוזים שחומר אפל - יהיה זה בצורה של WIMPs או "אקסיון", למשל - מעניק ליקום שלנו מבנה ובדרך כלל נקרא בפשטות "הדבק" שמחזיק את היקום שלנו בכללותו.

בהתבוננות בסיבוב הגלקסיות, האסטרונומית ורה רובין הבחינה שרוב החומר בגלקסיות אינו ניתן לצפייה. רק אחוז קטן נראים - כוכבים, גז ואבק; השאר מסתתר בהילה ענקית אך בלתי נראית של חומר אפל.זה כאילו הגלקסיה הגלויה של החומר הרגיל שלנו היא רק מכסה מנוע על גלגל ענק של חומר אפל שמתפרש הרבה מעבר למה שאנחנו יכולים לראות.

במאמר שפורסם לאחרונה (2013), רנדל ועמיתיה הציגו צורה מורכבת יותר של חומר אפל. לדבריהם, הילת החומר האפל של הגלקסיה שלנו אינה מורכבת רק מסוג אחד של מסה אמורפית של חומר לא בריוני.

"נראה מוזר מאוד להניח שכל החומר האפל מורכב מסוג אחד בלבד של חלקיק", כותב רנדל. "מדען חסר פניות לא צריך לאפשר לחומר האפל להיות מגוון כמו החומר הרגיל שלנו."

"יקום צל" עשיר?

בדיוק כפי שהיקום הגלוי שלנו נשלט על ידי המודל הסטנדרטי של הפיזיקה - משפחה מוכחת היטב של חלקיקים (כולל בוזון היגס הידוע לשמצה) וכוחות, האם מודל עשיר ומגוון של חלקיקי וכוחות חומר אפל יכול לתפקד בהילה גלקטית אפלה?

המחקר הזה עוקב אחר ההיגיון של הנחה של מגוון עשיר של פיזיקה לא ידועה במגזר האפל של היקום - בואו נקרא לזה "יקום הצללים" - שמתקיים במקביל לזה שלנו ויש לו את כל המורכבות שיש ליקום הגלוי שלנו להציע.

אסטרופיזיקאים הציעו בעבר ש"כוכבים אפלים" - כוכבים העשויים מחומר אפל - עשויים להתקיים ביקום העתיק שלנו עד היום. אם כך, טוען רנדל, אולי יכולים להיווצר "כוכבי לכת אפלים". ואם יש משפחה של חלקיקי חומר אפל הנשלטת על ידי כוחות הפרוסים במגזר האפל, האם זה יכול להוביל להופעתה של כימיה מורכבת? ולחיים?

עם זאת, אם יש חיים "אפלים" או "צללים" במקביל ליקום שלנו, אתה יכול לשכוח שאנחנו יכולים לזהות אותם.

חיי הצללים יישארו בצללים

נראה מפתה להשתמש בהשערה זו כדי להסביר את כל התעלומות היומיומיות או אפילו טענות על-נורמליות שהמדע אינו יכול לערער עליהן או לתמוך בהן. מה אם "רוחות רפאים" או "אורות בשמיים" בלתי מוסברים הם תעלולי יצורים אפלים שחיים בחלק האחורי של הכל?

בעוד שההיגיון הזה יהיה בסדר עבור תוכנית טלוויזיה או סרט, היצורים האפלים האלה יחיו ביקום צללים שאינו תואם לחלוטין לחומר רגיל. לחלקיקים ולכוחות שלהם לא תהיה השפעה ביקום שלנו. יכולת לקרוא את השורות האלה כשהן יושבות על גדם עץ ביער חשוך, ולעולם לא תדע על כך.

אך מכיוון שאנו מתקיימים יחד עם יקום הצללים הזה באותו מרחב-זמן - ללא ממדים מיותרים או רב-יקום - ניתן לשדר רק אות אחד.

גלי כבידה התגלו רק ב-2016, והזיהוי הראשון של אדוות אלו במרחב-זמן נגרם מהתנגשות של חורים שחורים. נראה בהחלט אפשרי שניתן לזהות גלי כבידה במגזר האפל, אבל רק את האירועים הקוסמיים החזקים ביותר במגזר האפל ניתן לזהות בקצה החוט שלנו.

בסך הכל, כמעט בוודאות לעולם לא נוכיח את קיומם של יצורי חומר אפל חמודים, אבל רנדל מציין נקודה חשובה. כאשר אנו רואים את מקור החומר האפל, עלינו להסתכל מעבר לדעות הקדומות שלנו; המגזר האפל יכול להיות משפחה מורכבת של חלקיקי חומר אפל וכוחות שהם מעבר למה שאנו יכולים לדמיין.