通常の物質は宇宙のエネルギーの約 20 分の 1 にすぎず、物質が運ぶ全エネルギーの 6 分の 1 (残りの部分を暗黒エネルギーが占める) しか占めていないことはわかっていますが、それでもなお、通常の物質は本当に重要な構成要素であると考えています。宇宙論者を除いて、ほとんどすべての人の注意は、通常の物質の構成要素に集中しています。これは、エネルギー計算によれば、ほとんど重要ではないと考えられていたかもしれません.
私たちはもちろん、私たちが住んでいる有形の世界と同様に、私たちはものでできているので、普通の物質にもっと関心があります.しかし、その相互作用の豊かさにも注目しています。通常の物質は、電磁力、弱い核力、および強い核力を介して相互作用し、私たちの世界の目に見える物質が複雑で高密度のシステムを形成するのを助けています.星だけでなく、岩石、海、植物、動物も、それらの存在そのものが、通常の物質が相互作用する自然の非重力の力によるものです。ビールのわずかな割合のアルコール含有量が飲み物の残りの部分よりもはるかに大きな影響をカルーサーに与えるのと同じように、普通の物質は、エネルギー密度のわずかな割合を持っていますが、通過するだけのものよりもはるかに顕著にそれ自体とその周囲に影響を与えます.
おなじみの目に見える物質は、物質の特権的な割合 (実際には 15% 程度) と考えることができます。ビジネスと政治では、相互作用する 1 % が意思決定と政策を支配しますが、人口の残りの 99% は、あまり広く認知されていないインフラストラクチャとサポート (建物の維持、都市の運営の維持、人々の食卓への食料の供給) を提供します。同様に、通常の物質は私たちが目にするほとんどすべてのものを支配していますが、暗黒物質はその豊富さと遍在性により、クラスターと銀河の作成を助け、星の形成を促進しましたが、今日の私たちの身近な環境への影響は限られています.
近くの構造物は、普通のものが担当。それは私たちの体の動き、私たちの経済を動かすエネルギー源、あなたがこれを読んでいるコンピューターの画面や紙、そして基本的にあなたが考えたり気にかけたりできるすべてのものに責任があります.何かに測定可能な相互作用がある場合は、注意を払う価値があります。それは、周囲にあるものにはるかに直接的な影響を与えるからです。
通常のシナリオでは、暗黒物質にはこの種の興味深い影響と構造が欠けています。一般的な仮定は、暗黒物質は銀河と銀河団を結び付ける「接着剤」であるが、それらの周りの無定形の雲にのみ存在するというものです。しかし、この仮定が正しくなく、私たちの偏見だけが原因であり、偏見の根源である無知が、この誤解を招く可能性のある道に私たちを導いたとしたらどうでしょうか?
標準モデルには、6 種類のクォーク、3 種類の荷電レプトン (電子を含む)、3 種類のニュートリノ、力の原因となるすべての粒子、および新しく発見されたヒッグス粒子が含まれています。暗黒物質の世界も同じように豊かではないにしても、それなりに豊かだとしたら?この場合、ほとんどの暗黒物質は無視できる程度しか相互作用しませんが、暗黒物質の小さな構成要素は、通常の物質と似た力の下で相互作用します。標準模型の粒子と力の豊かで複雑な構造は、世界の興味深い現象の多くを引き起こします。暗黒物質に相互作用する成分がある場合、この部分も影響を与える可能性があります.
もし私たちが暗黒物質でできた生き物だとしたら、私たちの通常の物質セクターの粒子がすべて同じタイプであると仮定するのは非常に間違っています.私たち普通の人も同じような間違いを犯しているのかもしれません。私たちが知っている物質の最も基本的な構成要素を説明する素粒子物理学の標準モデルの複雑さを考えると、すべての暗黒物質が1種類の粒子のみで構成されていると仮定するのは非常に奇妙に思えます.代わりに、暗黒物質の一部が独自の力を経験していると仮定してみませんか?
その場合、通常の物質がさまざまな種類の粒子で構成され、これらの基本的な構成要素がさまざまな電荷の組み合わせによって相互作用するように、暗黒物質もさまざまな構成要素を持ち、それらの異なる新しい粒子タイプの少なくとも 1 つは非重力相互作用を経験します。標準モデルのニュートリノは、強い力や電気的な力の下では相互作用しませんが、6 種類のクォークは相互作用します。
同様に、暗黒物質粒子の 1 つのタイプは、重力以外の相互作用が弱いか、まったくない可能性がありますが、その一部 (おそらく 5%) はそうです。通常の物質の世界で私たちが見たものに基づくと、おそらく、このシナリオは、単一の非常に弱い、または相互作用のない暗黒物質粒子の通常の仮定よりもさらに可能性が高い.
外交関係にある人々は、他国の文化をひとくくりにすると間違いを犯します。自国で明らかな社会の多様性を彼らが示さないと仮定してです。優れた交渉者が、さまざまな文化を対等な立場に置こうとするときに、社会のある部門が別の部門よりも優位に立っていると想定しないのと同じように、公平な科学者は、暗黒物質が通常の物質ほど興味深いものではなく、必然的に不足していると想定すべきではありません。
サイエンス ライターの Corey S. Powell が Discover で私たちの研究を報告しています。 雑誌は、彼が「軽質主義者」であることを発表することから彼の記事を開始し、事実上他のすべての人もそうだと指摘しました.これにより、彼は、私たちがよく知っているタイプの物質をはるかに重要であり、したがって最も複雑で興味深いものと見なすことを意味しました.これは、コペルニクス革命によってひっくり返されたと思われるタイプの信念です。しかし、ほとんどの人は、自分たちの視点と自分たちの重要性に対する信念が外界と一致していると思い込んでいます.
通常の物質の多くの構成要素は、さまざまな相互作用を持ち、さまざまな方法で世界に貢献しています。同様に、暗黒物質も、測定可能な方法で宇宙の構造に影響を与える可能性のある、さまざまな挙動を持つさまざまな粒子を持っている可能性があります.
部分的に相互作用する暗黒物質を最初に研究したとき、通常の物質だけが粒子の種類と相互作用の多様性を示すと仮定することの潜在的な誤謬と傲慢さを実際に誰も考慮していなかったことに驚いた。何人かの物理学者は、通常の物質のすべてを模倣する暗黒物質を特徴とする「ミラー暗黒物質」などのモデルを分析しようとしました。しかし、このような模範はかなり具体的で風変わりなものでした。それらの影響は、私たちが知っているすべてのことと一致させるのは困難でした.
物理学者の小さなコミュニティは、相互作用する暗黒物質のより一般的なモデルを研究していました。しかし、彼らでさえ、すべての暗黒物質は同じであると想定していたため、同じ力を経験していました.ほとんどの暗黒物質は相互作用しないが、そのごく一部が相互作用する可能性があるという非常に単純な可能性を誰も認めていませんでした。
潜在的な理由の 1 つが明らかになる場合があります。ほとんどの人は、新しいタイプの暗黒物質が、暗黒物質のインベントリのほんの一部を構成するだけである場合、ほとんどの測定可能な現象とは無関係であると予想するでしょう.暗黒物質の支配的な構成要素さえ観察していないので、自分自身をより小さな構成要素と考えるのは時期尚早に思えるかもしれません.
しかし、通常の物質が運ぶエネルギーは暗黒物質の約 20% にすぎないことを思い出すと、ほとんどの人が注意を払っているのは基本的に暗黒物質だけです。より強い非重力力を介して相互作用する物質は、弱く相互作用する大量の物質よりも興味深く、より影響力を持つ可能性があります。
これが通常の物質に当てはまることを見てきました。通常の物質は、星、惑星、地球、さらには生命さえも形成される高密度の物質ディスクに崩壊するため、そのわずかな量を考えると過度に影響力があります.帯電した暗黒物質の成分は、必ずしもそれほど豊富ではありませんが、崩壊して、天の川で目に見えるものと同じような円盤を形成する可能性があります。星のような物体に分裂することさえあります。この新しい円盤状の構造は、原則として観察することができ、巨大な球状のハローの中でより拡散的に広がっている従来の支配的な冷たい暗黒物質成分よりもアクセスしやすいことが証明されるかもしれません.
これらの方針に沿って考え始めると、可能性は急速に広がります。結局のところ、電磁気力は、標準モデルの粒子が経験するいくつかの非重力の 1 つにすぎません。電子を原子核に束縛する力に加えて、私たちの世界の標準モデルの粒子は、弱い核力と強い核力を介して相互作用します。通常の物質の世界にはさらに多くの力が存在する可能性がありますが、これまでのところ誰もそれらの兆候を観察していないため、アクセス可能なエネルギーには非常に弱いはずです.しかし、3 つの非重力力の存在でさえ、相互作用するダーク セクターも暗黒電磁気以外の非重力力を経験する可能性があることを示唆しています。
おそらく、電磁気的な力に加えて、核的な力が暗黒粒子に作用しているのでしょう。このさらに豊かなシナリオでは、暗黒星が形成され、それが核燃焼を受けて、これまで説明してきた暗黒物質よりもさらに通常の物質に似た振る舞いをする構造を作り出す可能性があります。その場合、暗い円盤には、暗い原子で構成される暗い惑星に囲まれた暗い星が存在する可能性があります。二重円盤の暗黒物質は、通常の物質と同じ複雑さをすべて持っている可能性があります。
部分的に相互作用する暗黒物質は確かに推測の肥沃な土台となり、他の方法では得られなかった可能性を検討するよう促します。作家や映画ファンは特に、ダーク セクターでこのような追加の力と結果を伴うシナリオが非常に魅力的であることに気付くでしょう。彼らはおそらく、私たち自身の生命と共存する暗黒の生命を暗示しさえするでしょう。このシナリオでは、通常のアニメーションのクリーチャーが他のアニメーションのクリーチャーと戦ったり、まれにそれらと協力したりするのではなく、暗黒物質のクリーチャーの軍隊が画面を横切って行進し、すべてのアクションを独占する可能性があります.
しかし、これは見ていてあまり面白くないでしょう。問題は、撮影監督がこの暗い生活を撮影するのに苦労することです。もちろん、それは私たちにも、そして彼らにも見えません。闇の生き物がそこにいたとしても (そしておそらく存在していたとしても)、私たちは知りません。暗黒物質の生命がどれほどかわいいものか、あなたには想像もつきません。
ダーク ライフの可能性について推測するのは楽しいことですが、それを観察する方法を見つけ出すことははるかに難しく、さらに間接的な方法でその存在を検出することさえ困難です。太陽系外惑星の捜索が進行中であり、懸命に努力していますが、私たちと同じもので構成された生命を見つけることは十分に困難です.しかし、暗黒の生命の証拠が存在するとしても、遠く離れた領域での通常の生命の証拠よりもはるかにとらえどころのないものになるでしょう.
巨大なブラックホールからの重力波がついに見られたのはつい最近のことです。闇の生き物や闇の生き物の軍隊の重力効果を検出する可能性はほとんどありません。それらすべてがどれほど近くにあるとしてもです。
理想的には、この新しいセクターと何らかの形でコミュニケーションを取りたいと考えています。しかし、この新しい生命が私たちと同じ力を経験しなければ、それは実現しません。私たちは重力を共有していますが、小さな物体や生命体によって加えられる力は、ほぼ確実に弱すぎて検出できません。天の川面全体に広がる円盤のような、非常に大きな黒い天体だけが目に見える結果をもたらす可能性があります。
暗黒の物体や暗黒生命体は非常に近いかもしれませんが、暗黒物質の正味の質量がそれほど大きくなければ、知る方法がありません。最新のテクノロジー、または現在想像できるテクノロジーを使用しても、非常に特殊な可能性しかテストできない場合があります。 「影の生活」は、それがエキサイティングであっても、必ずしも目に見える結果をもたらすとは限らないため、興味をそそる可能性がありますが、観察の影響を受けません。公平に言えば、ダークライフは難しい注文です。サイエンス フィクションの作家はそれを作成するのに問題はないかもしれませんが、宇宙には克服しなければならない多くの障害があります。考えられるすべての化学反応の中で、どれだけが生命を維持できるかは非常に不明確であり、可能であったとしても、どのような環境が必要になるかはわかりません.
とはいえ、ダーク ライフは原理的に存在する可能性があります。しかし、私たちの世界の問題とのより強い相互作用がなければ、それはパーティーや喧嘩、活動的であるか不活性であるかを知ることはできません.しかし興味深いのは、暗い世界に相互作用がある場合、それが生命に関連しているかどうかにかかわらず、構造への影響が最終的に測定される可能性があるということです。そして、闇の世界についてさらに多くのことを学びます。
Lisa Randall は、ハーバード大学の科学教授である Frank B. Baird, Jr. であり、理論的な素粒子物理学と宇宙論を研究しています。 @リラランダル
ダークマターと恐竜より リサ・ランドール著。 Copyright @ 2015 by Lisa Randall. HarperCollins Publishers のインプリントである Ecco の許可を得て転載。
この記事は最初に公開されました Nautilus Cosmos 2017 年 2 月。
