Domanda:
Se la materia oscura interagisce solo con la gravità, perché non si raggruppa in un unico punto?
user151841
2015-10-27 23:40:08 UTC
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Sono un laico completo. A quanto ho capito, la materia oscura teoricamente interagisce solo con la forza gravitazionale e non interagisce con le altre tre forze fondamentali: forza nucleare debole, forza nucleare forte ed elettromagnetismo.

Queste sono le mie comprensioni Se mi sbaglio, correggimi. Ho cercato su Google e non ho trovato nulla che confermi o neghi che la materia oscura sia influenzata da una delle forze nucleari fondamentali.

Quindi, poiché la materia oscura interagisce solo con la gravità, ciò che causa qualsiasi oscurità particella di materia da respingere da un'altra? Se possono passare liberamente l'una nell'altra e sono attratte l'una dall'altra gravitazionalmente, perché tali particelle non si aggregano in un unico "punto" nello spazio?

Mi sembra che le particelle che occupano un singolo "spazio" non siano filosoficamente particelle distinte, ma non so come la fisica reale giocherebbe in questo.

Modifica Questo articolo, le credenziali dell'autore sconosciute, ma afferma implicitamente di essere un fisico o un astronomo, dice "... [P] i fisici generalmente ritengono che tutta la materia oscura sia composta da un unico tipo di particella che interagisce essenzialmente solo attraverso la gravità. "

Modifica 2 L'autore è questa Lisa Randall," professoressa di scienze presso la facoltà di fisica dell'Università di Harvard . "

Pensa a cosa significa quando dici "ammasso" ...
@dmckee Non sono esperto di fisica, ma suppongo che mi chiediate se sto pensando ad atomi e molecole quando dico "ammasso", che capisco sia causato da una forte forza nucleare.Ma, per "ammasso", intendo in orbita gravitazionale stretta l'uno dall'altro.E per estensione logica, se passano l'una nell'altra, possono le loro orbite essere così strette da occupare lo stesso spazio, come una singolarità?Se non è quello che mi chiedi, potrei usare qualche esposizione :)
Potresti fare la stessa domanda sulla materia "normale": perché non "si raggruppa" insieme?Inoltre, affermi che DM non interagisce con le altre tre forze fondamentali, ma lo sappiamo davvero, considerando * quanto poco * sappiamo di DM?
@Gert Non lo capisco completamente, ma credo (soggetto a correzione ovviamente) che si aggreghi come fa, in atomi e molecole, rispettivamente a causa della forte forza nucleare e dell'elettromagnetismo.Quanto a quanto poco sappiamo, non so perché non sia esplicitamente affermato che "non sappiamo che la materia oscura interagisce con le forze nucleari fondamentali" piuttosto che "interagisce solo con la gravità".Questo è più o meno quello che è la mia domanda.
Su scale molto grandi la materia oscura si "aggrega", con la dimensione di questi grumi data dalla temperatura della materia oscura.Alla fine, quando l'universo è estremamente freddo, questi grumi saranno molto più piccoli di quanto non siano adesso, ma ci vorrà molto tempo.
@CuriousOne Allora cosa causa la separazione della materia oscura [d / s] in primo luogo?Le particelle sono separate dall'essere lanciate dal Big Bang o l'attrazione della materia barionica impedisce loro di formare grumi più grandi?
Possibile duplicato: http://physics.stackexchange.com/q/46634/2451 e link al suo interno.
L'omogeneità dell'universo primordiale.Per quanto ne sappiamo sulla base delle misurazioni del fondo cosmico a microonde tutte le "cose", compresa la materia oscura, erano distribuite in modo abbastanza uniforme quando l'universo "iniziò".Da allora l'universo sta arrivando all'equilibrio termico, che per gli oggetti gravitanti comporta l'agglomerazione.D'altra parte la materia oscura probabilmente non è stabile, quindi decadrà man mano che si aggrega e questo, ancora una volta, omogeneizzerà l'universo, ma questa volta in uno stato di fotoni molto freddo e uniformemente distribuito.
Quando ho chiesto della parola "ammasso" speravo che avresti immaginato due piccoli oggetti che volavano l'uno verso l'altro e si scontrano.Quindi devi chiedere, si separano di nuovo o si attaccano?E per rispondere devi chiedere quali forze sono responsabili del loro attaccamento.Ma se DM non interagisce, * non ci sono forze che causano l'adesione *.Intendiamoci, il candidato sperimentale preferito è un annuncio simile a WIMP, quindi * partecipa all'interazione debole *, ma questa è una preferenza non un dato di fatto.
@dmckee Come ho cercato di indicare in precedenza, sono un completo noob con la fisica, e davvero non so perché due piccoli oggetti si attaccano insieme.Avevo pensato che ciò che impediva loro di collassare in una singolarità fosse una forza nucleare forte e debole.Ma per quanto riguarda la materia oscura, stavo immaginando sistemi solari, galassie, stelle e buchi neri, che intendo `` si raggruppano '' insieme a causa della gravità (particelle in orbita l'una sull'altra piuttosto che sbattere l'una nell'altra)
@dmckee così quando la gravità è abbastanza forte da sopraffare le altre forze che influenzano la materia barionica, la materia collassa in un buco nero.Poiché (in alcune teorie) il DM è influenzato solo dalla gravità, non ho capito cosa gli avrebbe impedito di collassare anche in un buco nero.
* "così quando la gravità è abbastanza forte da sopraffare le altre forze che influenzano la materia barionica, la materia collassa in un buco nero." * Stai cercando di andare avanti troppo lontano e troppo velocemente.Prima di tutto scopri perché la materia ordinaria passa da nuvole di gas e polvere a oggetti perfettamente ordinari come stelle e pianeti.Non immaginare che i buchi neri abbiano proprietà speciali o richiedano processi speciali perché sono nati come accumuli di materia abbastanza ordinari.Quindi puoi chiedere cosa fa sì che la materia oscura si comporti in modo diverso rispetto alle cose a cui sei abituato.
@dmckee Avevo sempre pensato che fosse la gravità, ma a quanto pare ho altro da imparare :)
Correlato / duplicato: http://physics.stackexchange.com/q/174977/
Non so se questo aggiunge qualcosa ma https://en.wikipedia.org/wiki/Dark_matter_halo suggerisce che si raggruppa.Solo che "influenza la struttura su larga scala dell'universo" (da: https://en.wikipedia.org/wiki/Dark_matter).Quindi le grandi distanze su cui è ammassato fanno sembrare che non lo sia.
Sei risposte:
#1
+94
DilithiumMatrix
2015-10-28 00:07:25 UTC
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Ottima domanda. Le osservazioni mostrano che Dark Matter (DM) interagisce solo visibilmente in modo gravitazionale, sebbene sia possibile che possa interagire in altri modi "debolmente" (ad es. modello --- collegato). Tutto ciò che segue non ha alcuna dipendenza dal fatto che DM interagisca puramente / solo gravitazionalmente, o solo prevalentemente gravitazionalmente --- quindi lo tratterò come il primo caso per comodità.

La materia osservabile nell'universo ' si raggruppa ' insieme tremendamente: in nuvole di gas, stelle, pianeti, dischi, galassie, ecc. Lo fa perché di interazioni elettromagnetiche (EM) in grado di dissipare energia. Se fai rotolare una palla su una superficie piana, questa rallenterà e alla fine si fermerà (in modo efficace "agglomerandosi" al suolo), perché le forze dissipative (attrito) sono in grado di trasferire la sua energia cinetica.

D'altra parte, immagina di praticare un buco perfetto, dritto attraverso il centro della Terra, e di far cadere una palla giù di esso. ( Supponendo che il buco e la terra siano perfettamente simmetrici ... ) la palla oscillerà continuamente avanti e indietro da ogni lato della terra all'altro --- a causa della conservazione dell'energia. Proprio come un pendolo senza attrito (nessuno sfregamento, nessuna resistenza all'aria). Questo è il modo in cui la materia oscura interagisce, puramente gravitazionale. Anche se non ci fosse un buco attraverso il centro della terra, il DM passerà semplicemente attraverso e continuerà ad oscillare avanti e indietro, raggiungendo sempre la stessa altezza iniziale. In ordine zero, la materia oscura può "aggregarsi" solo quanto la sua energia iniziale ( ottenuta subito dopo il big bang ) lo consente. Un esempio di tale "ammasso" è un "Dark Matter Halo" in cui sono incorporate le galassie. Gli aloni DM sono (effettivamente) sempre più grandi della normale materia (barionica) al loro interno, perché la materia normale è in grado di dissipare energia e collassare ulteriormente.

"Supponendo che il foro e la terra siano perfettamente simmetrici ..." - assumendo anche che la Terra non ruoti (o che il foro sia stato perforato perfettamente in linea con il suo asse di rotazione).
@JanDvorak e che la luna e il sole non esistono, e .. e :)
@JanDvorak ... e possiamo presumere che la palla si comporti effettivamente come farebbe una mucca sferica corretta, ai fini delle analisi.In questo modo l'esperimento sarà riproducibile successivamente nelle classi di fisica universitaria.La maggior parte dei corsi di fisica universitaria ha un accesso limitato alle palle ma l'accesso a una quantità quasi illimitata di mucche sferiche.
Quindi la materia oscura non interagisce e quindi non può raggrupparsi su se stessa?E un buco nero?Se la materia oscura entra nell'orizzonte degli eventi, può passare?Che tipo di massa viene aggiunta al buco nero?
@Paul, DM ** ** interagisce * gravitazionalmente * --- quindi dovrebbe interagire con i buchi neri proprio come [qualsiasi altra cosa] (http://physics.stackexchange.com/a/34356/8521).
Quindi, perché nessuna particella di materia oscura per attrito (o altra interazione) descrive un sistema N-corpo ideale con masse puntiformi.
Non credo che questa risposta sia giusta.Supponendo che la materia oscura sia una particella, interagisce con il nostro universo osservabile solo attraverso la gravità.Tuttavia, le stesse particelle di materia oscura interagiscono tramite qualche debole interazione indefinita.
@ratchetfreak esattamente!Questo è uno dei motivi per cui [simulazioni solo di materia oscura come 'Millennium'] (http://wwwmpa.mpa-garching.mpg.de/galform/millennium-II/) possono avere volumi così grandi e risoluzioni elevate --- N-Le simulazioni del corpo sono molto più semplici e facili dell'inclusione di gas (ecc.).
Un processo chiamato "attrito dinamico" può tuttavia essere applicato alla materia oscura.Questo può ad es.trascina i sottoaloni al centro degli aloni principali.
@MaxW La forza debole è chiamata "debole" per un motivo: è [molto più debole della forza EM e opera su un raggio più breve] (https://en.wikipedia.org/wiki/Weak_interaction#Properties).Ciò significa che è molto, molto, MOLTO più difficile per i WIMP che per la materia normale collidere efficacemente tra loro e liberarsi di energia cinetica.Non che non succeda affatto, ma non succede abbastanza.
+1 BTW per la nota alla fine sulle dimensioni relative degli aloni DM e delle loro controparti di materia barionica - avevo già sentito questa spiegazione ma non quella sua estensione logica.
@CortAmmon Quando hai finito con la tua mucca sferica, mi cucinerò un po 'di ... terra rotonda.* archi *
L'interazione gravitazionale con la materia ordinaria non farebbe sì che la materia oscura, molto lentamente, perda energia e alla fine collassi?Il [blocco delle maree] (https://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_locking) di due oggetti è un esempio di questo ma con materia ordinaria.Qualcosa di simile potrebbe accadere con la materia oscura mentre interagisce con la materia ordinaria.
#2
+21
mpv
2015-10-28 00:07:42 UTC
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Poiché la materia oscura non interagisce molto, non esiste alcun meccanismo che possa rallentarla rapidamente. Quando una particella di materia oscura sta cadendo verso un centro gravitazionale, sta accelerando, quindi vola attraverso il periapsi e continua lontano in lontananza. La materia normale si raggruppa nei pianeti, perché è rallentata dalle interazioni / collisioni. La materia oscura non si scontra e non può depositare energia. Rimane su orbite ellittiche con assi molto grandi e non c'è modo di ridurre l'ellisse. La materia normale può ridurre il suo percorso orbitale a causa di collisioni, ma non la materia oscura.

Allora come è tenuta insieme la nostra galassia?Questo non richiede l'aggregazione di materia oscura verso il centro della galassia?
@PeterMortensen Al contrario, non può davvero raggrupparsi molto.Immagina una particella di materia oscura che entra nella nostra galassia a caso: cosa succede?Più o meno esattamente la stessa cosa che accade con qualsiasi stella canaglia: a seconda della fortuna, potrebbe sparare anche più velocemente di quanto è entrata, potrebbe trovare una bella orbita ellittica nella galassia ... Per farla raggruppare al centro, tuavrebbe bisogno di una serie di interazioni piuttosto specifiche con la materia circostante (oscura o meno) - e in ognuna di esse, un corpo viene accelerato, mentre l'altro viene rallentato;in media, la quantità di moto e l'energia sono conservate.
@PeterMortensen D'altra parte, con le interazioni EM, c'è una prevalenza di perdita di energia per l'universo: molte interazioni EM implicano lo scatto di fotoni fuori dalla galassia, portando con sé energia.Ad esempio, i sistemi stellari si formano dalle nuvole di gas in questo modo: le collisioni EM fanno perdere energia alle loro particelle nel tempo sotto forma di luce.Nella galassia in generale, la gravità sembra dominare in modo quasi assoluto, motivo per cui la materia normale si comporta più o meno come la materia oscura su scala galattica.Ma le collisioni, le supernove, il vento solare ... tutte queste sono quasi esclusivamente interazioni EM.
@PeterMortensen Naturalmente, c'è anche una piccola quantità di energia irradiata nelle interazioni gravitazionali, ma ancora una volta, poiché la gravità è così incredibilmente debole, questo è davvero evidente solo in situazioni come due stelle di neutroni che orbitano molto vicine l'una all'altra.Dovrebbe portare a * alcuni * raggruppamenti, ma non posso davvero mettere un numero su questo.Potrebbe benissimo essere sufficiente per il decadimento che ci aspettiamo teoricamente (una semplice dipendenza r quadrato).Ma in realtà non sappiamo molto - se c'è un alone galattico di DM, per esempio, potrebbe spiegare parte dell'energia "mancante".Osservare DM è difficile: D
#3
+8
Chris
2015-10-28 00:31:33 UTC
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A questo punto sappiamo molto di più su cosa non è la materia oscura, piuttosto che su cosa sia. Non interagisce tramite la forza elettromagnetica e anche l'interazione tramite la forza forte è improbabile. L'interazione tramite la forza debole è ancora un'area di ricerca attiva (vedi qui).

Per capire perché la materia oscura non forma grumi, immagina due particelle di polvere che sfrecciano nello spazio a alta velocità l'uno verso l'altro. Si avvicinano tra loro ma evitano solo per un pelo una collisione frontale prima di andare in direzioni diverse. Per un momento, quando erano molto vicini, l'attrazione di gravità tra i due oggetti era al massimo, ma le particelle stavano viaggiando troppo velocemente perché la piccola attrazione gravitazionale le tenesse insieme.

Ora immagina uno scenario diverso in cui le due particelle di polvere si scontrano frontalmente (che avviene tramite la forza elettromagnetica). Ora che le due particelle hanno perso energia a causa del calore, l'attrazione gravitazionale tra le particelle può tenerle unite in un ammasso. Presto arriva una terza particella di polvere che si scontra con questo ammasso di polvere, perde la sua energia cinetica e si lega anch'esso al cumulo. Man mano che il cumulo di polvere cresce, più particelle entrano in collisione con esso e continua a crescere sempre più, fino a diventare un pianeta o una stella.

La materia oscura raramente urta contro se stessa (o altra materia), quindi quasi sempre come il primo caso, piuttosto che il secondo. Milioni di particelle di materia oscura ti stanno attraversando in questo momento senza colpire nulla. Poiché è così difficile per loro liberarsi della loro energia cinetica, tendono a non rimanere legati in grumi.

Quando dici "[d] la materia dell'arca incontra raramente se stessa (o altra materia)", intendi che raramente passa attraverso un'altra particella?
Ti andrebbe di citare una fonte per "milioni di particelle di materia oscura stanno passando attraverso di te ..." - solo curioso.
@user151841 La materia oscura passa costantemente attraverso la materia normale, ma raramente si scontra.
@Mindwin Vedi paragrafo 2 sotto il titolo 1: http://cosmology.berkeley.edu/preprints/cdms/9809009.pdf
Cosa significa "collide", in termini di materia oscura?
@user151841 Scambio di quantità di moto con un'altra particella tramite la forza nucleare debole
#4
+1
PERFESSER CREEK-WATER
2016-06-26 23:04:51 UTC
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La materia oscura potrebbe essere materia che non ha protoni o neutroni, più simile all'energia pura che al tipo di materia che ci è familiare ... un po 'come i "GEON" che John Archibald Wheeler propose, speculativamente, molti anni fa(vedi il suo libro Geons, Black Holes & Quantum Foam per i dettagli).

Poiché contiene energia e poiché l'energia è gravitazionalmente equivalente alla massa, ha interazioni gravitazionali con la materia ordinaria, quindi fornisce la massa extra necessaria per impedire a una galassia di volare via mentre ruota.

Ma, poiché non contiene protoni o neutroni, non può collassare e formare stelle, né può interagire con i fotoni, per lo stesso motivo;quindi potrebbe essere che l'unico modo in cui possiamo rilevarlo sia attraverso le sue interazioni gravitazionali.

Questa sembra essere più una risposta speculativa che altro;sono state condotte alcune ricerche sulla materia oscura, e questo è ciò su cui si pone la domanda.Sebbene questa sia una risposta interessante, cerca di attenersi a fatti noti, non a teorie personali.
HI: Sono nuovo qui, e non sono sicuro che questo sia il posto giusto per questo tipo di domanda ... Vorrei inviare un messaggio a heather, in privato, e non so come farlo ... qualcuno può spiegare come?
Non esiste un sistema di messaggi privati.Puoi @-tag persone che hanno interagito con i post (commentati o modificati) nei commenti ai post con cui hanno interagito, ma succede in pubblico.
@heather Ciao Heather: la mia risposta non è una teoria personale, ma basata sul lavoro di un gentiluomo che ha studiato alla Cornell sotto Bethe + Morrison + Feynman, e da lì ha conseguito il dottorato di ricerca nel 1953 ... Tuttavia, sapendo che la sua spiegazione del buio-la materia è "non standard", temo che se inserisco ulteriori dettagli, gli altri utenti del sito "intaccano" la mia reputazione ... esiste un modo per discutere una teoria o un modello non standardo un'idea senza farsi "ammaccare" ??
@PERFESSERCREEK-WATER, Penso che se dici quello che mi hai appena detto, nessuno "intaccherà" la tua reputazione .... tuttavia, penso che ci fosse una risposta specifica che l'OP voleva e tu non l'hai davvero data in quanto sembra essere unateoria che è molto sconosciuta (secondo il tuo commento) e non è la spiegazione principale sulla materia oscura.
@heather hai detto: "questa sembra essere una teoria molto sconosciuta (secondo il tuo commento) e non è la spiegazione tradizionale sulla materia oscura. - heather" Vero: ho avviato una chat room per parlarne, e vadolì ora per vedere se qualcuno ha lasciato dei messaggi lì !!
#5
  0
Rob Jeffries
2020-07-13 18:30:34 UTC
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Se consideri la materia oscura sotto forma di particelle massicce che hanno energia cinetica ma interagiscono solo gravitazionalmente, allora c'è un modo semplice per vederlo.

Se le particelle iniziano in una configurazione se la loro energia totale (la somma dell'energia cinetica positiva e dell'energia potenziale gravitazionale negativa) è zero; allora sono sull'orlo dell'essere legati o non legati gravitazionalmente.

Per "raggruppare" le cose devi rendere la loro energia totale negativa . L'unico modo per farlo è rimuovere l'energia cinetica dal sistema.

Con la materia normale ciò avviene tramite interazioni elettromagnetiche, che trasformano l'energia cinetica della materia normale (protoni, elettroni, ecc.) in fotoni, che poi fuoriescono dal sistema. Poiché questi tipi di interazioni non si verificano per la materia oscura (per definizione), non c'è modo di sbarazzarsi dell'energia cinetica e quindi la materia oscura si forma come un grande "alone" che avvolge gravitazionalmente la materia ordinaria.

#6
-3
Lightness Races in Orbit
2015-10-28 06:54:19 UTC
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Perché durante il viaggio verso quell'ipotetico punto unico, passerebbero un intero carico di materia normale che disturberebbe il loro viaggio. Puoi più o meno eliminare completamente le forze non gravitazionali dall'equazione e porre la stessa domanda sulla materia normale. Detto questo, la teoria sostiene che (alla fine) tutto finirà per fondersi e la materia oscura parteciperebbe a ciò. Ci vuole solo un po '.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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