Nevidljiva civilizacija može vam postojati točno pred nosom. Iako znamo da je obična materija odgovorna za samo 1/20 energije Svemira i 1/6 energije koju nosi materija (a sve ostalo ide na štetu tamne energije), smatramo da je obična materija vrlo važna komponenta. S izuzetkom kozmologa, gotovo se svi ljudi koncentriraju na običnu materiju, iako s energetskog stajališta to nije toliko važno.
Obična materija nam je, naravno, draža jer smo od nje napravljeni - kao i cijeli opipljivi svijet u kojem živimo. Ali zanima nas i ona zbog bogate raznolikosti njezinih interakcija. Interakcije obične materije uključuju elektromagnetske, slabe i jake - one pomažu materiji da formira složene guste sustave. Ne samo zvijezde, već i kamenje, oceani, biljke i životinje postoje zahvaljujući negravitacijskim prirodnim silama odgovornim za interakcije. Baš kao što na otkrivača više utječe alkohol od ostalih sastojaka piva, tako i obična materija, iako nosi mali dio energetske gustoće, utječe na sebe i okolinu mnogo primjetno više nego nešto što samo prolazi pored.
Vidljiva nam poznata tvar može se smatrati povlaštenim postotkom - točnije 15% - materije. U poslovanju i politici 1% ljudi utječe na odluke i pravila, a preostalih 99% stanovništva pruža infrastrukturu i podršku - održava zgrade, održava gradove u funkciji i dostavlja hranu. Isto tako, obična materija utječe na gotovo sve što promatramo, a tamna tvar u svom obilju i sveprisutnosti pomaže u stvaranju nakupina i galaksija, osigurava stvaranje zvijezda, ali ima malo utjecaja na naše neposredno okruženje.
Strukture koje su nam bliske upravljaju običnom materijom. Odgovorna je za kretanje naših tijela, za izvore energije koji pokreću naše gospodarstvo, za ekran računala ili papir na kojem ovo čitate i za gotovo sve što možete zamisliti. Ako nešto djeluje na takav način da se može mjeriti, vrijedno je pažnje jer može utjecati na naše okruženje.
Obično tamna tvar nema toliko zanimljiv utjecaj i strukturu. Pretpostavlja se da je tamna tvar ljepilo koje drži galaksije i njihove nakupine u amorfnim oblacima. Ali što ako to nije, a samo naše predrasude - i neznanje, korijen pristranosti - uzrokuje naše zablude?
U Standardnom modelu nalazi se šest vrsta kvarkova, tri vrste nabijenih leptona (uključujući i elektron), tri vrste neutrina, čestice odgovorne za sve sile i novootkriveni Higgsov bozon. Što ako svijet tamne materije, možda ne toliko, ali i raznolik? U tom će slučaju interakcije tamne materije biti zanemarive, ali mali dio nje će djelovati na sile koje nalikuju silama obične materije. Bogata i složena struktura čestica i sila Standardnog modela odgovorna je za mnoge zanimljive pojave. Ako tamna tvar ima interaktivnu komponentu, može biti i utjecajna.
Da smo mi bića koja se sastoje od tamne materije, bilo bi pogrešno vjerovati da su sve čestice obične materije iste. Možda ljudi napravljeni od obične materije čine istu pogrešku. S obzirom na složenost fizike SM čestica, koja opisuje najjednostavnije poznate nam tvari, čini se čudnim pretpostaviti da se sva tamna tvar sastoji od samo jedne vrste čestica. Zašto ne pretpostaviti da je neki dio podložan vlastitim interakcijama?
U ovom se slučaju, baš kao što se obična materija sastoji od različitih vrsta čestica, a svi ti osnovni sastavni dijelovi djeluju kroz različite kombinacije naboja, tamna tvar će imati i različite sastavne dijelove - i barem će jedna vrsta takvih čestica sudjelovati u negravitacijskim interakcijama … Na SM neutrinose ne utječu električna sila ili jake interakcije, za razliku od šest vrsta kvarkova.
Promotivni video:
Isto je tako moguće da jedna vrsta čestica tamne materije slabo ili ne djeluje na bilo što osim putem gravitacije, ali nekih 5% čestica ima druge interakcije. Na temelju proučavanja obične materije, možemo reći da je ova opcija vjerojatnija od uobičajene pretpostavke o prisutnosti jedne slabo interaktivne čestice.
Greška je u tome što ljudi iz odnosa s javnošću stranih ljudi pokušavaju okupiti kulturu druge zemlje i zanemaruju činjenicu da u njoj može biti različitosti, što je očito njihovoj zemlji. Kao što dobar pregovarač ne pretpostavlja prevladavanje jednog sektora društva nad drugim kada pokušava uspoređivati različite kulture, tako i nepristrani znanstvenik ne bi trebao pretpostaviti da tamna tvar nije toliko zanimljiva kao obična tvar i da joj nedostaje mnoštvo materije, slično onome što je kod nas.
Popularni pisac znanosti Corey S. Powell, izvještavajući o našem istraživanju u časopisu Discover, započeo je svoj članak rekavši da je "šovinist iz svjetlosti" - i da smo svi takvi. Mislio je da mislimo da je stvar koju znamo važnija, a time i složenija i zanimljivija. Vrlo slična stajališta oborila su Kopernikova revolucija. Ali većina ljudi inzistira na tome da njihovo gledište i vjerovanje u našu važnost odgovaraju stvarnom svijetu.
Mnoge komponente obične materije djeluju na različite načine i utječu na svijet na različite načine. Tako da možda tamna tvar ima različite čestice s različitim ponašanjem koje na mjerljiv način utječu na strukturu svemira.
Kad sam prvi put počeo proučavati djelomično interakciju tamne materije, iznenadio sam se što gotovo nitko nije pomislio da je pretpostavka da samo obična tvar iskazuje različite vrste čestica i interakcija arogantna zabluda. Neki fizičari pokušali su analizirati modele poput "zrcalne tamne materije", u kojoj tamna tvar ponavlja sve što je tipično za običnu. Ali takvi su primjeri egzotični. Njihove posljedice je teško kombinirati s onim što znamo.
Nekoliko fizičara proučavalo je više komunikacijskih modela interakcije tamne materije. Ali oni su također pretpostavili da je sva tamna tvar ista i da prolazi kroz iste interakcije. Nitko nije priznao jednostavnu mogućnost da, iako većina tamne materije ne stupa u interakciju s običnom materijom, mali dio njih to može učiniti.
Jedan od razloga za to je razumljiv. Većina ljudi vjeruje da nova vrsta tamne materije neće utjecati na većinu promatranih pojava ako je riječ samo o malom djeliću tamne materije. Još nismo uspjeli promatrati najvažniju sastavnicu tamne materije, a čini se da je preuranjeno baviti se njenom malom komponentom.
Ali ako se sjetimo da obična tvar nosi samo 20% energije mraka, dok većina nas to primjećuje, možemo shvatiti gdje je ta logika pogrešna. Materija koja djeluje kroz snažnije negravitacijske sile može biti zanimljivija i utjecajnija od većine slabo međusobno povezanih materija.
To vrijedi za običnu materiju. Previše je moćan, usprkos malom broju, jer se smanjuje u guste diskove iz kojih se mogu oblikovati zvijezde, planeti, Zemlja i život. Nabijena komponenta tamne materije - iako možda nema tolikog dijela - također se može smanjiti i oblikovati diskove, poput vidljivog diska u Mliječnom putu. Može se kondenzirati u predmete koji izgledaju poput zvijezda. U principu, takvu strukturu je moguće promatrati, a možda je to i lakše učiniti od obične hladne tamne materije raspršene u ogromnom sfernom halu.
Razmišljajući na ovaj način, broj mogućnosti brzo raste. Napokon, elektromagnetizam je samo jedno od nekoliko negravitacijskih interakcija koje su iskusile čestice u Standardnom modelu. Uz silu koja veže elektrone u jezgru, SM čestice doživljavaju slabe i jake nuklearne interakcije. U svijetu obične materije mogu postojati i druge interakcije, ali one su toliko slabe na raspoložive energije da ih još nitko nije promatrao. Ali čak i prisutnost tri negravitacijske interakcije nagovješćuje da negravitacijske interakcije mogu biti prisutne i u mračnom sektoru osim tamnog elektromagnetizma.
Možda, osim sila sličnih elektromagnetskim, na tamnu tvar utječu i nuklearne sile. Moguće je da se tamne zvijezde mogu formirati iz tamne materije u kojoj se odvijaju nuklearne reakcije, zbog čega nastaju strukture koje se ponašaju na način sličniji uobičajenoj materiji od tamne materije koju sam do sada opisao. U ovom slučaju, tamni disk može sadržavati tamne zvijezde, okružene tamnim planetima koji se sastoje od tamnih atoma. Tamna materija može imati istu složenost kao i obična materija.
Djelomična interakcija tamne materije pruža plodno tlo za nagađanja i inspirira nas da istražimo mogućnosti koje inače ne bismo razmatrali. Pisci i filmaši možda će sve ove dodatne snage i posljedice koje vrebaju u mračnom sektoru smatrati vrlo primamljivim. Oni čak mogu sugerirati postojanje mračnog života paralelnog s našim. U ovom slučaju, umjesto uobičajenih animiranih bića koja se bore s drugim animiranim bićima ili, u rijetkim slučajevima, radeći s njima, stvorenja tamne materije mogla bi marširati po zaslonu, što bi čitavu radnju povuklo na sebe.
Ali ne bi bilo tako zanimljivo gledati. Problem je u tome što bi tvorci filmova teško snimali mračni život koji nam je nevidljiv. Čak i da postoje tamna bića, ne bismo znali za to. Možda ne znate koliko je simpatičan mračan život - a gotovo sigurno nećete.
Iako je zabavno nagađati o mogućnostima mračnog života, mnogo je teže smisliti kako ga promatrati - ili barem otkrivati njegovo postojanje posrednim dokazima. Prilično je teško pronaći život, koji se sastoji od istih komponenti kao i mi, iako je u potrazi za ekstrasolarnim planetima u tijeku. Ali dokaz postojanja mračnog života, ako postoji, bit će još neuhvatljiviji od dokaza postojanja običnog života u dalekim svjetovima.
U novije vrijeme mogli smo promatrati gravitacijske valove koji proizlaze iz ogromnih crnih rupa. Mi praktično nemamo šanse da otkrijemo gravitaciju mračnog stvorenja ili čitave armije mračnih stvorenja, bez obzira koliko su nam blizu.
U idealnom slučaju, želio bih nekako komunicirati s ovim novim sektorom. Ali ako na novi život ne utječu sile koje poznajemo, to se neće dogoditi. Iako s njima dijelimo gravitaciju, takav utjecaj iz pojedinog objekta ili životnog oblika bio bi preslab da se otkrije. Promatrani efekti mogu proizvesti samo vrlo veliki predmeti, poput diska u ravnini Mliječnog puta.
Tamni predmeti ili tamni život mogu nam postojati vrlo blizu - ali ako je ukupna masa tamne materije mala, nećemo znati za to. Čak i sa suvremenom tehnologijom ili bilo kojom tehnologijom koju možemo zamisliti, mogu se testirati samo vrlo specifične mogućnosti. Život sjene, koliko god uzbudljiv bio, vjerojatno neće imati opipljive posljedice i može biti zavodljiva, ali nedostižna prilika. Ali mračni je život vrlo labava pretpostavka. Znanstvenici neće imati problema s tim stvaranjem, ali Svemir ima mnogo više prepreka za to. Nije jasno koja od varijanti kemijskih interakcija može podržati život, a ne znamo kakvo je okruženje potrebno za one varijante koje su sposobne.
Ipak, u principu, mračni život može postojati, tačno pod našim nosom. Ali bez jačih interakcija s materijom našeg svijeta, ona se može zabavljati, svađati, biti aktivna ili pasivna - a to nikada nećemo znati. Zanimljivo je, međutim, kada u mračnom svijetu postoje interakcije, bilo da je riječ o životu ili ne, one mogu utjecati na strukturu na mjerljiv način. I tada možemo naučiti puno više o tamnom svijetu.