Thuyết điện từ về linh hồn của vũ trụ

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

“Vào năm 1945, theo giờ địa phương, một loài linh trưởng nguyên thủy tiền thông minh trên hành tinh Trái đất đã kích nổ thiết bị nhiệt hạch đầu tiên, mà các chủng tộc thần bí hơn gọi là" cơ thể của Chúa ".

Ngay sau đó, lực lượng bí mật gồm đại diện của các chủng tộc thông minh đã được cử đến Trái đất để theo dõi tình hình và ngăn chặn sự phá hủy điện từ thêm nữa đối với mạng lưới toàn cầu."

Phần mở đầu trong ngoặc kép trông giống như một cốt truyện cho khoa học viễn tưởng, nhưng đây chính xác là kết luận có thể rút ra sau khi đọc bài báo khoa học này. Sự hiện diện của mạng lưới này bao trùm toàn bộ Vũ trụ có thể giải thích rất nhiều điều - ví dụ, hiện tượng UFO, khả năng tàng hình và khó nắm bắt của chúng, những khả năng đáng kinh ngạc, và ngoài ra, một cách gián tiếp, lý thuyết về "cơ thể của Chúa" cho chúng ta xác nhận thực sự rằng có cuộc sống sau cái chết.

Chúng ta đang ở giai đoạn phát triển ban đầu và trên thực tế, chúng ta là "sinh vật tiền thông minh" và ai biết được liệu chúng ta có thể tìm thấy sức mạnh để trở thành một chủng tộc thông minh thực sự hay không.

Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng từ trường xuyên qua hầu hết vũ trụ. Các đường sức từ trường tiềm ẩn trải dài hàng triệu năm ánh sáng trên toàn bộ vũ trụ.

Mỗi khi các nhà thiên văn nghĩ ra một phương pháp mới để tìm kiếm từ trường trong các vùng không gian ngày càng xa, họ lại tìm thấy chúng một cách khó hiểu.

Các trường lực này là những thực thể giống nhau bao quanh Trái đất, Mặt trời và tất cả các thiên hà. Hai mươi năm trước, các nhà thiên văn học bắt đầu phát hiện từ tính xuyên qua toàn bộ các cụm thiên hà, bao gồm cả không gian giữa thiên hà này và thiên hà kế tiếp. Các đường trường vô hình quét qua không gian giữa các thiên hà.

Năm ngoái, các nhà thiên văn học cuối cùng đã khám phá được một vùng không gian mỏng hơn nhiều - khoảng không gian giữa các cụm thiên hà. Ở đó, họ đã khám phá ra từ trường lớn nhất: không gian được từ hóa 10 triệu năm ánh sáng, trải dài toàn bộ chiều dài của "sợi" mạng vũ trụ này. Một dây tóc từ hóa thứ hai đã được nhìn thấy ở nơi khác trong không gian bằng cách sử dụng các kỹ thuật tương tự. Federica Govoni thuộc Viện Vật lý Thiên văn Quốc gia ở Cagliari, Ý, người dẫn đầu phát hiện đầu tiên, cho biết: “Chúng tôi chỉ đang xem xét phần nổi của tảng băng trôi,”.

Câu hỏi đặt ra: những từ trường khổng lồ này đến từ đâu?

Franco Vazza, một nhà vật lý thiên văn tại Đại học Bologna, người thực hiện mô phỏng máy tính hiện đại về từ trường vũ trụ, cho biết: “Nó rõ ràng không thể liên quan đến hoạt động của các thiên hà riêng lẻ hoặc các vụ nổ riêng lẻ, hoặc tôi không biết. điều này."

Một khả năng là từ tính vũ trụ là chủ yếu, truy tìm tất cả các con đường trở lại sự ra đời của vũ trụ. Trong trường hợp này, từ tính yếu nên tồn tại ở khắp mọi nơi, ngay cả trong “khoảng trống” của mạng vũ trụ - những vùng tối nhất, trống rỗng nhất của Vũ trụ. Từ tính đa diện sẽ tạo ra các trường mạnh hơn phát triển mạnh mẽ trong các thiên hà và cụm.

Từ tính sơ cấp cũng có thể giúp giải một câu đố vũ trụ học khác được gọi là ứng suất Hubble - được cho là chủ đề nóng nhất trong vũ trụ học.

Vấn đề cơ bản của căng thẳng Hubble là vũ trụ dường như đang giãn nở nhanh hơn đáng kể so với dự kiến so với các thành phần đã biết của nó. Trong một bài báo được xuất bản trực tuyến vào tháng 4 và được xem xét cùng với Physical Review Letters, các nhà vũ trụ học Karsten Jedamzik và Levon Poghosyan lập luận rằng từ trường yếu trong vũ trụ sơ khai sẽ dẫn đến tốc độ giãn nở vũ trụ nhanh hơn như ngày nay.

Từ tính nguyên thủy làm giảm lực căng của Hubble dễ dàng đến mức bài báo của Jedamzik và Poghosyan ngay lập tức thu hút sự chú ý. Mark Kamionkowski, một nhà vũ trụ học lý thuyết tại Đại học Johns Hopkins, người đã đề xuất các giải pháp khác cho lực căng Hubble, cho biết: “Đây là một bài báo và một ý tưởng tuyệt vời.

Kamenkovsky và những người khác nói rằng cần có thêm nhiều cuộc thử nghiệm để đảm bảo rằng từ tính sớm không gây nhầm lẫn với các tính toán vũ trụ học khác. Và ngay cả khi ý tưởng này hoạt động trên giấy, các nhà nghiên cứu sẽ cần phải tìm ra bằng chứng thuyết phục về từ tính nguyên thủy để chắc chắn rằng nó không phải là tác nhân hình thành nên vũ trụ.

Tuy nhiên, trong ngần ấy năm nói về sức căng của Hubble, có lẽ điều kỳ lạ là trước đó chưa có ai xem xét đến từ tính. Theo Poghosyan, giáo sư tại Đại học Simon Fraser ở Canada, hầu hết các nhà vũ trụ học hầu như không nghĩ đến từ tính. “Mọi người đều biết đây là một trong những bí ẩn lớn,” anh nói. Nhưng trong nhiều thập kỷ, không có cách nào để biết liệu từ tính có thực sự phổ biến hay không và do đó là thành phần chính của vũ trụ, vì vậy các nhà vũ trụ học đã phần lớn ngừng chú ý đến.

Trong khi đó, các nhà vật lý thiên văn vẫn tiếp tục thu thập dữ liệu. Sức nặng của bằng chứng khiến hầu hết họ nghi ngờ rằng từ tính thực sự có mặt ở khắp mọi nơi.

Linh hồn từ tính của vũ trụ

Vào năm 1600, nhà khoa học người Anh William Gilbert, khi nghiên cứu các mỏ khoáng sản - những loại đá có từ tính tự nhiên mà con người đã tạo ra trên la bàn trong nhiều thiên niên kỷ - đã kết luận rằng lực từ của chúng “bắt chước linh hồn”. "và rằng các trụ từ trường" nhìn về phía các cực của Trái đất."

Từ trường được tạo ra bất cứ khi nào có dòng điện chạy qua. Ví dụ, trường của Trái đất bắt nguồn từ "động lực học" bên trong của nó - một dòng sắt lỏng, sôi sục trong lõi của nó. Các trường của nam châm tủ lạnh và cột từ đến từ các electron quay quanh các nguyên tử cấu thành của chúng.

Tuy nhiên, ngay sau khi từ trường “hạt giống” xuất hiện từ các hạt mang điện trong chuyển động, nó có thể trở nên lớn hơn và mạnh hơn nếu các trường yếu hơn được kết hợp với nó. tại Viện Vật lý Thiên văn Max Planck ở Garching, Đức - bởi vì từ trường tác động vào mọi nguồn năng lượng miễn phí mà chúng có thể bám vào và phát triển. Chúng có thể lan rộng và ảnh hưởng đến các khu vực khác bởi sự hiện diện của chúng, nơi chúng cũng phát triển”.

Ruth Durer, một nhà vũ trụ học lý thuyết tại Đại học Geneva, giải thích rằng từ tính là lực duy nhất ngoài lực hấp dẫn có thể định hình cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ, bởi vì chỉ có từ tính và lực hấp dẫn mới có thể “tiếp cận bạn” trong khoảng cách rất xa. Mặt khác, điện là cục bộ và tồn tại trong thời gian ngắn, vì tổng thể các điện tích âm và dương trong bất kỳ vùng nào cũng sẽ bị trung hòa. Nhưng bạn không thể hủy bỏ từ trường; chúng có xu hướng gấp lại và tồn tại.

Tuy nhiên, đối với tất cả sức mạnh của họ, các trường lực này có cấu hình thấp. Chúng là phi vật chất và chỉ được nhận thức khi chúng tác động lên những thứ khác.“Bạn không thể chỉ chụp ảnh từ trường; Nó không hoạt động theo cách đó, Reinu Van Veren, một nhà thiên văn học tại Đại học Leiden, người đã tham gia vào phát hiện gần đây về dây tóc từ hóa, cho biết.

Trong một bài báo năm ngoái, Wang Veren và 28 đồng tác giả đã đưa ra giả thuyết về một từ trường trong dây tóc giữa các cụm thiên hà Abell 399 và Abell 401 bằng cách trường chuyển hướng các electron tốc độ cao và các hạt mang điện khác đi qua nó. Khi quỹ đạo của chúng xoắn trong trường, các hạt tích điện này phát ra "bức xạ synctron" yếu.

Tín hiệu synctron mạnh nhất ở tần số vô tuyến thấp, giúp nó sẵn sàng phát hiện với LOFAR, một mảng gồm 20.000 ăng ten vô tuyến tần số thấp nằm rải rác khắp châu Âu.

Nhóm nghiên cứu đã thực sự thu thập dữ liệu từ dây tóc vào năm 2014 trong một đoạn dài tám giờ, nhưng dữ liệu vẫn bị giữ lại khi cộng đồng thiên văn học vô tuyến dành nhiều năm để tìm ra cách cải thiện hiệu chuẩn các phép đo của LOFAR. Bầu khí quyển của Trái đất khúc xạ các sóng vô tuyến truyền qua nó, vì vậy LOFAR xem không gian như thể từ đáy của một bể bơi. Các nhà nghiên cứu đã giải quyết vấn đề bằng cách theo dõi sự dao động của "đèn hiệu" trên bầu trời - bộ phát sóng vô tuyến với các vị trí đã biết chính xác - và điều chỉnh các biến động để mở khóa tất cả dữ liệu. Khi họ áp dụng thuật toán deblurring vào dữ liệu dây tóc, họ ngay lập tức thấy bức xạ synctron phát sáng.

Các dây tóc trông có vẻ từ hóa ở khắp mọi nơi, không chỉ gần các cụm thiên hà đang di chuyển về phía nhau từ cả hai đầu. Các nhà nghiên cứu hy vọng tập dữ liệu kéo dài 50 giờ mà họ đang phân tích sẽ tiết lộ chi tiết hơn. Gần đây, các quan sát bổ sung đã phát hiện ra từ trường lan truyền dọc theo toàn bộ chiều dài của dây tóc thứ hai. Các nhà nghiên cứu dự định sẽ sớm xuất bản công trình này.

Sự hiện diện của các từ trường khổng lồ trong ít nhất hai sợi này cung cấp thông tin mới quan trọng. "Nó gây ra khá nhiều hoạt động", Wang Veren nói, "bởi vì chúng ta biết rằng từ trường tương đối mạnh."

Ánh sáng xuyên qua khoảng không

Nếu những từ trường này bắt nguồn từ vũ trụ trẻ sơ sinh, câu hỏi đặt ra: làm thế nào? Tanmai Vachaspati thuộc Đại học Bang Arizona cho biết: “Mọi người đã suy nghĩ về vấn đề này trong một thời gian dài.

Năm 1991, Vachaspati cho rằng từ trường có thể phát sinh trong quá trình chuyển pha điện yếu - thời điểm, một phần giây sau Vụ nổ lớn, khi lực điện từ và lực hạt nhân yếu trở nên dễ phân biệt. Những người khác cho rằng từ tính hiện thực hóa micro giây sau khi các proton được hình thành. Hoặc ngay sau đó: nhà vật lý thiên văn quá cố Ted Harrison đã lập luận trong lý thuyết nguyên thủy sớm nhất về sự sinh từ vào năm 1973 rằng plasma hỗn loạn gồm các proton và electron có thể đã gây ra từ trường đầu tiên xuất hiện. Tuy nhiên, những người khác cho rằng không gian này đã trở nên từ hóa ngay cả trước khi tất cả điều này xảy ra, trong thời kỳ lạm phát vũ trụ - một sự mở rộng bùng nổ của không gian được cho là đã nhảy lên - đã phóng ra chính vụ nổ Big Bang. Cũng có thể điều này đã không xảy ra cho đến khi các công trình kiến trúc lớn lên một tỷ năm sau đó.

Cách để kiểm tra các lý thuyết về sự sinh từ là nghiên cứu cấu trúc của từ trường trong các vùng nguyên sơ nhất của không gian giữa các thiên hà, chẳng hạn như các phần yên tĩnh của các sợi tóc và thậm chí là các khoảng trống rỗng hơn. Một số chi tiết nhất định - ví dụ, liệu các đường trường có mịn, xoắn ốc hay "cong theo mọi hướng, như một quả bóng sợi hay thứ gì đó khác" (theo Vachaspati), và hình ảnh thay đổi như thế nào ở các vị trí khác nhau và ở các tỷ lệ khác nhau - mang thông tin phong phú có thể được so sánh với lý thuyết và mô hình. Ví dụ, nếu từ trường được tạo ra trong quá trình chuyển pha điện yếu, như được đề xuất bởi Vachaspati, thì các đường lực kết quả sẽ có dạng xoắn ốc, "giống như một cái vặn nút chai", ông nói.

Điểm bắt buộc là rất khó để phát hiện ra các trường lực không có gì để ấn vào.

Một phương pháp, do nhà khoa học người Anh Michael Faraday tiên phong vào năm 1845, phát hiện từ trường bằng cách nó quay theo hướng phân cực của ánh sáng truyền qua nó. Số lượng "vòng quay Faraday" phụ thuộc vào cường độ của từ trường và tần số của ánh sáng. Do đó, bằng cách đo độ phân cực ở các tần số khác nhau, bạn có thể suy ra cường độ của từ tính dọc theo đường ngắm. “Nếu bạn làm điều đó từ những nơi khác nhau, bạn có thể tạo ra một bản đồ 3D,” Enslin nói.

Các nhà nghiên cứu đã bắt đầu thực hiện các phép đo sơ bộ về chuyển động quay của Faraday bằng LOFAR, nhưng kính thiên văn gặp khó khăn khi chọn ra một tín hiệu cực kỳ yếu. Valentina Vacca, một nhà thiên văn học và đồng nghiệp của Govoni tại Viện Vật lý Thiên văn Quốc gia, đã phát triển một thuật toán cách đây vài năm để xử lý thống kê các tín hiệu quay Faraday tinh vi bằng cách cộng nhiều kích thước của không gian trống lại với nhau. “Về cơ bản, điều này có thể được sử dụng cho các khoảng trống,” Wakka nói.

Nhưng phương pháp của Faraday sẽ thực sự thành công khi kính thiên văn vô tuyến thế hệ tiếp theo, một dự án quốc tế khổng lồ được gọi là "mảng km vuông", được khởi động vào năm 2027. "SKA phải tạo ra một lưới Faraday tuyệt vời," Enslin nói.

Cho đến nay, bằng chứng duy nhất về từ tính trong khoảng trống là người quan sát không thể nhìn thấy khi họ nhìn vào các vật thể được gọi là blazars nằm phía sau khoảng trống.

Blazars là chùm tia gamma sáng và các nguồn năng lượng khác của ánh sáng và vật chất, được cung cấp năng lượng bởi các lỗ đen siêu lớn. Khi tia gamma di chuyển trong không gian, chúng đôi khi va chạm với vi sóng cổ đại, tạo ra một electron và một positron. Các hạt này sau đó rít lên và biến thành tia gamma năng lượng thấp.

Nhưng nếu ánh sáng của một blazar đi qua một khoảng trống nhiễm từ, thì các tia gamma năng lượng thấp sẽ xuất hiện, Andrei Neronov và Yevgeny Vovk của Đài quan sát Geneva năm 2010 giải thích. Từ trường sẽ làm lệch các electron và positron khỏi đường ngắm. Khi chúng phân rã thành các tia gamma năng lượng thấp, các tia gamma đó sẽ không hướng về phía chúng ta.

Thật vậy, khi Neronov và Vovk phân tích dữ liệu từ một blazar có vị trí thích hợp, họ nhìn thấy tia gamma năng lượng cao của nó, nhưng không phải tín hiệu tia gamma năng lượng thấp. Vachaspati nói: “Đó là sự thiếu tín hiệu, đó là một tín hiệu.

Việc thiếu tín hiệu khó có thể là một vũ khí hút thuốc, và các giải thích thay thế cho việc thiếu tia gamma đã được đề xuất. Tuy nhiên, các quan sát sau đó ngày càng chỉ ra giả thuyết của Neronov và Vovk rằng các khoảng trống được từ hóa. “Đây là ý kiến của đa số, - Dürer nói. Thuyết phục nhất là vào năm 2015, một nhóm nghiên cứu đã xếp chồng nhiều kích thước của các thanh lửa lên phía sau các khoảng trống và cố gắng tạo ra vầng hào quang mờ nhạt của các tia gamma năng lượng thấp xung quanh các thanh lửa. Hiệu ứng này chính xác là những gì người ta mong đợi nếu các hạt bị phân tán bởi từ trường yếu - chỉ đo được khoảng một phần triệu nghìn tỷ mạnh như một nam châm tủ lạnh.

Bí ẩn lớn nhất của vũ trụ học

Điều đáng chú ý là lượng từ tính nguyên thủy này có thể là chính xác những gì cần thiết để giải quyết ứng suất Hubble - vấn đề về sự giãn nở nhanh chóng đáng kinh ngạc của vũ trụ.

Đây là những gì Poghosyan nhận ra khi ông xem các mô phỏng máy tính gần đây của Carsten Jedamzik từ Đại học Montpellier ở Pháp và các đồng nghiệp của ông. Các nhà nghiên cứu đã thêm từ trường yếu vào một vũ trụ trẻ mô phỏng, chứa đầy plasma và nhận thấy rằng các proton và electron trong plasma bay dọc theo các đường sức từ và tích tụ ở những vùng có cường độ trường yếu nhất. Hiệu ứng kết tụ này khiến các proton và electron kết hợp để tạo thành hydro - một sự thay đổi pha sớm được gọi là sự tái kết hợp - sớm hơn chúng có thể có.

Poghosyan, đọc bài báo của Jedamzik, nhận ra rằng điều này có thể làm giảm căng thẳng của Hubble. Các nhà vũ trụ học đang tính toán xem ngày nay không gian sẽ mở rộng nhanh như thế nào bằng cách quan sát ánh sáng cổ đại phát ra trong quá trình tái tổ hợp. Ánh sáng tiết lộ một vũ trụ trẻ với những đốm màu được hình thành từ sóng âm bắn ra xung quanh trong plasma nguyên thủy. Nếu sự tái kết hợp xảy ra sớm hơn dự kiến do tác động của từ trường dày lên, thì sóng âm không thể truyền đi xa như vậy, và các giọt âm thanh thu được sẽ nhỏ hơn. Điều này có nghĩa là các điểm chúng ta nhìn thấy trên bầu trời kể từ khi tái tổ hợp sẽ gần chúng ta hơn so với giả định của các nhà nghiên cứu. Ánh sáng phát ra từ các cụm phải đi một khoảng cách ngắn hơn để đến được với chúng ta, có nghĩa là ánh sáng phải truyền qua không gian giãn nở nhanh hơn. “Nó giống như cố gắng chạy trên một bề mặt đang mở rộng; bạn bao gồm một khoảng cách ngắn hơn, - Poghosyan nói.

Kết quả là các giọt nhỏ hơn có nghĩa là tốc độ mở rộng vũ trụ ước tính cao hơn, đưa tốc độ ước tính gần hơn nhiều so với việc đo tốc độ siêu tân tinh và các vật thể thiên văn khác thực sự dường như đang bay xa nhau.

“Tôi nghĩ, wow,” Poghosyan nói, “điều này có thể cho chúng ta thấy sự hiện diện thực sự của [từ trường]. Vì vậy, tôi ngay lập tức viết thư cho Carsten.” Hai người gặp nhau tại Montpellier vào tháng 2, ngay trước khi nhà tù đóng cửa và các tính toán của họ cho thấy rằng, thực tế, lượng từ tính cơ bản cần thiết để giải quyết vấn đề căng thẳng của Hubble cũng phù hợp với các quan sát của blazar và kích thước giả định của các trường ban đầu Poghosyan nói, "cần thiết để phát triển các từ trường khổng lồ. bao phủ các cụm thiên hà và các sợi.