Съществува ли "огледален свят"

Теорията за "огледалната материя" е една от не много популярните научни хипотези, в които става въпрос за "други" форми на материята във Вселената.

Засега учените не могат да решат дали "тъмната" и "огледалната" материя са едно и също.

За тъмната материя се говори отдавна и вече е казано не малко.

Тъмната материя

^{Картината показва триизмерна реконструкция на разпределението на тъмната материя на базата на данни от гравитационнати лещи от космическия телескоп Хъбъл.}

Тъмната материя е само теоретично съществуваща форма на материята, невидима, неизлъчваща, която взаимодейства с "нормалната" материя само гравитационно.

Според последните изчисления на астрономите, делът на тъмната материя (заедно с тъмната енергия) може да достигне до 90% от съществуващата материя във Вселената (останалите около 10% са "нормална" материя).

Тъмната материя е единственото обяснение за особеностите на въртенето на галактиките, а дори и самото им съществуване във формата, която ги познаваме. (вж "Колко е тъмна тъмната материя")

Както бе споменато, учените все още не могат да разберат дали "тъмната" и "огледалната" материя са едно и също нещо или не са? Много неща подсказват, че отговорът е "да".

Огледалната материя

Да се определи какво е огледална материя е много просто - това е материя, направена от точно същите частици, от които сме направени всички ние, само че отразени в огледало, в което лявата и дясната страна са обърнати. Ако вземем нашия обикновен всекидневен свят, той е несиметричен по отношение на отражението си в огледалото: хората са повече десничари, отколкото левичари, човешкото сърце стои от едната страна - вляво, хората, които имат сърце вдясно, са много рядко. Така че нашият макросвят е асиметричен.

Но ако отидем на ниво атомна физика, се оказва, че всички атоми, отразени в огледало до голяма степен са едни и същи.

Теорията на елементарните частици, която е била построена от 60-те години на XX век, и все още е най-съвършеното и най-доброто описание на елементарните частици - Стандартният модел - се оказва несиметрична по отношение на лявото и дясното.

Това е открито през 1956 г. от китайско-американските учени Лий и Янг, които за това през 1957 г. получават Нобелова награда. Те открили, че разпадът на неутроните поражда електрони и неутрино, които по някаква причина се разпределят асиметрично в пространството..  (вж "Дискретна (прекъсната) симетрия. P-четност")

Да направи проверката те възложили на своята колежка Чиен Шиунг Ву (Chien Shiung Wu), наричана мадам Ву, една от малкото жени във физиката по онова време. Волфганг Паули предварително изразил мнение, че опитът на Ву ще се провали. Той казал: "Аз не вярвам, че Бог е слабак и левак, и се обзалагам за доста пари, че този експеримент ще даде симетрични резултати." Но излиза, че когато физиците започнат да викат Господ за пример - губят. Помните ли Айнщайновото "Бог не играе на зарове"? Не знам дали Паули си е платил, но опитът на Ву е успешен: разпадът на атомното ядро на радиоактивния елемент кобалт-60 разкрил, че този процес не се подчинява на принципите на огледалната симетрия - електроните, които напускат кобалтовото ядро, имат предпочитание към една определена посока пред всички други. Ядрото на кобалта има спин (нещо като въртене около оста - подробно и по-точно в тук), което прави възможно да се определи посока "горе" и "долу". За обикновената въртяща се топка има симетрия за горе и долу, но експериментът показал, че електроните предпочитат да летят надолу по някаква причина.

Кълбото вляво представлява голям брой кобалтови ядра, всички с еднакъв спин и всички излъчващи бета-лъчи. От дясно е огледалният образ на същия процес. Посоката на спина е обърната, а посоката, в която се отделят най-много бета-лъчи, остава непроменена. Огледалният свят се различава от реалния свят. Р-четността се нарушава. Пространствената инверсия (отражението) променя света така, че той не е идентичен с реалния свят. Схема  physics.nist.gov

Тази асиметрия е последица от друга асиметрия - асиметрията на слабите взаимодействия. И така се оказва, че Стандартният модел на елементарните частици е несиметричен. Убедителен и ясен отговор каква е причината все още няма. Но физиците не обичат асиметрията. Затова Лий и Янг предполагат, че трябва да има същите частици със същата маса и заряд, които са огледален образ на нашите, така че, заедно обикновените частици и огледалните да образуват една Вселена, която е симетрична при трансформация отражение.

Свойствата на огледалната материя

Първо трябва да уточним, че огледалната материя няма нищо общо с антиматерията, при която частиците са също като "обикновените", но с обратен заряд, тоест симетрията е зарядова, а не огледална. Така учените предположили, че освен двойките частица-античастица трябва да има и техните огледални аналози - огледална частица и огледална античастица.

За тези хипотетични частици, разбира се, нищо не се знае. Теоретиците доказват, че огледалните частици взаимодействат помежду си в съответствие със законите на квантовата механика, а с нашите, обикновени частици - само гравитационно.

Ако имаше каквото и да е, макар и много малко взаимодействие, то непременно щеше да се прояви в експериментите с елементарни частици. За съжаление нашите измервателни устройства не могат "да видят" или "докоснат" огледалните частици по принцип, по дефиниция. Така идеята за огледална материя и до днес няма експериментални доказателства.

И тази идея щеше да остане достояние на тесен кръг специалисти, ако не беше проблемът на скритата маса във Вселената, което се нарича тъмна материя.

За и против огледална=тъмна материя

Един от най-горещите привърженици на теорията на "огледалната материя" е д-р Робърт Фут (Robert Foot), физик в университета в Мелбърн (Melbourne University), който издава книгата "Shadowlands". Той казва, че в природата могат да съществуват "огледални" звезди, планети и други обекти, дори цели галактики.

Ние не можем да ги видим точно по същата причина, по която "тъмната материя" остава невидима - взаимодействието между двата вида материя става само чрез гравитацията.

Освен това, д-р Фут и някои от колегите му смятат, че "огледалната" и "тъмната" материя са едно и също. (вж "Mirror dark matter: Cosmology, galaxy structure and direct detection")

Робърт Фут (Robert Foot)

Джон Крамър (John G. Cramer)

Но американският физик Джон Крамър (John G. Cramer) убедително възразява - огледалната материя (ако тя въобще съществува) трябва да бъде (анти)симетрична на обикновенната и по маса.

Следователно, ако "нормалното" вещество съставя 10% от Вселената, то огледалното би трябвакло да добави към видимата маса на Вселената само още 10%, а не 90%, и сметката не излиза.

А дали "огледалната материя" не е антиматерия? Не, те нямат нищо общо, казва д-р Фут. Ако си спомняте, антивеществото има зарядова симетрия спрямо обикновеното вещество. Античастицата на електрона, позитронът, е съвсем същият като електрона, но е с положителен заряд.

А когато се срещнат частици и античастици, те се анихилират, взаимно унищожавайки се, отделяйки немалко количество енергия.

Какво точно се случва между "огледалните" и обикновените частици е все още неизвестно, защото никой не е срещал "огледални" частици.

Но дали е така? Доктор Фут дава няколко ярки примера.

"Огледалният свят" е бил при нас

1. Тунгуският метеорит

Да, отново. Докато учените не установят какво е това, ще продължат хипотезите.

^{Снимка на Л. A. Кулик на мястото на падането на Тунгуския "метеорит", направена само двадесет години по-късно.}

Фут предполага, че метеоритът се състои от "огледална материя". Ето защо, казва физикът, няма никакви следи и никакви останки от обекта, който повали гора на площ от 2000 км².

Hаполовина изпепелен храст на мястото на катастрофата на мистериозен метеорит в Йордания.

Д-р Дейвид Уайтхаус съобщава в ВВС, че подобни, но не толкова мащабни явления са наблюдавани няколко пъти на различни места по света, включително и в последните години. Например, неясни огнени огнени топки, наблюдавани в Испания през 1994 г. и Йордания през 2001.

И в двата случая не са намерени останки, което за астрономите не е някакво чудо - температурата на триене на атмосферата е огромна, а и ударът със земята може да изпари метеоритите.

Всъщност, странно е друго: има две снимки, на едната от които се вижда половината изпепелен храст, а на другата - наполовина обгорен камък. Точно наполовина. Само по себе си това не говори нищо, но има известна загадъчност.

Д-р Фут смята, че "огледалните" астероиди постоянно се сблъскват със Земята.

2. Ортопозитроний

Това е странна структура, състояща се от електрон, въртящ се около позитрон. (При ортопозитрония спиновете са насочени в по един и същ начин и сумарният спин S = 1). Системата е много неустойчива и бързо се разпада, но не се анихилира. Но това става твърде бързо, според физиците.

Освен това, има разлика, ако експериментът се провежда във вакуум или в някакъв друг вид среда. В среда, съдържаща, да речем, газ, заради честите сблъсъци между ортопозитроният и молекулите на газа, ще потискат осцилациите на ортопозитрония в огледален ортопозитроний. Този ефект е известен като квантов ефект на Зенон. По този начин се регистрира по-кратък живот на ортопозитрония във вакуум

Фут казва по този повод следното:

"На микроскопско ниво два типа сили или взаимодействия могат да образуват свързани структури на обикновена и огледална материи.

По този начин, поради малките сили на преход фотоните се свързват с огледални фотони и поради смесването за кратко на масата на неутриното се обединяват с огледалните неутрино.

Ефектът на това взаимодействие вече е наблюдаван - силата на прехода на фотона от обикновената форма в огледална скъсява скъсява живота на ортопозитрония.  

Смесване на масите на неутриното и огледалното неутрино означава, че всяко обикновено неутрино се трансформира в своя огледален близнак и обратно.

Трябва да се отбележи, че експериментите със слънчеви, атмосферни и други неутрино предполагат съществуването на нови видове неутрино, внезапно превръщащи се в "нормална" форма - и обратно - което съответства на теорията на огледалната материя.

Огледалният водород, останал в нашата слънчева система, не е задължително да е "изметен" отвъд нея от слънчевия вятър. Останалите огледални частици, сблъскващи се с космически кораб, трябва да забавят движението му. "

Фут отбелязва, че точните замервания на скоростта на движение на Pioneer 10 и Pioneer 11, показват, че на сондите влияе неизвестна сила, която снижава скоростта им.

3. Огледални планети, огледални звезди и огледални галактики

Във Вселената, според Фут, има обикновени планети, които се въртят около "огледални" звезди и "огледални" планети, обикалящи обикновени звезди. Например в съзвездието Орион са открити няколко "самотни" планети, без звезди наоколо. 

Астрономите са изследвали няколко звезди, които се колебаят сякаш под гравитационното влияние на големите планети, толкова големи, че би трябвало да могат да се видят с помощта на Хъбъл. Но не са забелязани, въпреки многото опити.

Да, тези твърдения срещат добре обосновани възражения. "Самотните" планети може да са всъщност кафяви джуджета, т.е. звезди, чиято маса не е достигнала, за да започне термоядрен синтез.

Гравитационното въздействие на "невидимите планети" е може да е въздействие не от една голяма планета, а от няколко малки, които с невидими за Хъбъл.

4. Астероидът Ерос

На 12 февруари 2001 г., за изненада на специалистите на НАСА, сондата Near Earth Asteroid Rendezvous (NEAR) Шумейкър успя не само да направи "рандеву" с огромния астероид 433 Eros (13/13/33км), но също така и да се приземи на повърхността му. Противно на всички очаквания, сондата оцелява и дори направи няколко десетки снимки на повърхността на астероида.

Подробно проучване на астероида разкри някои много странни особенности: първо, напълно отсъстват малки кратери, а от друга страна, големите кратери са с напълно плоско дъно, покрито с странен синкав прах.

Д-р Фут смята, че цялата Слънчева система може да е запълнена с "огледални" обекти като астероиди и кометни ядра. 

Фут предполага, че повечето комети може да се състоят отчасти от обикновена, отчасти - от огледална материя, като количестовото на последната надвишава количестовото на първата. И ако е така, то "огледалната материя" преобладава в Слънчевата система. Затова сблъсъците на астероидите с обикновените "огледални" обекти ще се случват много по-често, отколкото с други обекти от обикновена материя.

^{Перфектно плоското дъно на кратерите на 433 Ерос.}

И тъй като астероидите нямат атмосфера, "огледалният" обект може да налети на обикновения с пълната си скорост, пробивайки повърхността му. Енергията ще се освобождава бавно и в по-големи количества, отколкото в случая на сблъсък между "обикновени" обекти, - твърди Фут. Малки кратери няма отново, защото енергията се освобождава твърде бавно и в обема, а не само на повърхността на астероида. Точно, както според Фут, и се наблюдава на повърхността на 433 Eros.

А вследствие на това се случва разтопяване на веществото, от което е направен "обикновеният" астероид там, където е ударен от "огледалния" обект. 

Когато били получени снимките на плоските кратери по повърхността на 433 Eros, учените имали чувството, че са се образували от движението на някаква течност.

Разтопеното вещество на астероида? След това те предполобили, че плоските дъна на кратерите са се образували заради странния прах, който ги запълва съвършено подравнено.

Гравитацията на астероидите е много малка, така че не може да се очаква някакво естествено подравняване на странния прах, казва Фут.

Същите особенности вероятно могат да се наблюдават и на други малки космически обекти, лишени от атмосфера.

Някои физици гледат на теорията на "огледалната материя" като абсолютна фантазия. Въпреки това, намирането на огледални частици е една от задачите на пред ЦЕРН (заедно с частици тъмна материя, суперсиметрични частици и др.), след рестарта на Големия адронен колайдер. Резултатите могат да докажат наличието на огледална материя. А може би - не.

Източници:

Mirror dark matter: Cosmology, galaxy structure and direct detection,  R. Foot

Mirror matter mystery

And the anti-parallel

First Evidence That Mirror Matter May Fill the Universe?

Positronium versus the mirror universe

Mirror Matter

«Зеркальная материя» — фантастика или вседовлеющая реальность?

Зеркальная материя

Зеркальная материя — начало пути, Ольга Максименко

Още по темата

18/07/2016

Космос

Може ли да ни навреди тъмната материя

16/06/2016

Космос

Първото „ръкостискане“ в космоса: хирална молекула в междузведното пространство

25/05/2016

Космос

Учен твърди, че има връзка между първичните черни дупки и тъмната материя (видео)

20/05/2016

Космос

Тъмната енергия движи времето напред