plads

Kunne mørk stof overhovedet ikke findes?

De siger, at mørk stof er mest iUniverset (hvis vi generelt taler om materie). Og alligevel støder vi praktisk på i hverdagen ikke. Vi kender solen - det mest massive objekt i solsystemet - den består af almindeligt stof (protoner, neutroner og elektroner), men der er mange andre kilder, herunder planeter, gas, støv, plasma og resterne af stjerner. Der er ikke noget mørkt stof blandt dem - og endda Standardmodellen beskriver ikke dens partikler. Naturligvis er mørkt stof ikke den eneste mulighed for at forklare de observerede gravitationsfænomener i Universet. En anden mulighed er at ændre tyngdekraften, som mange har forsøgt at gøre. På dette grundlag er ideen om Modificeret Newtonian Dynamics (MOND) og andre teorier, der hidtil er populære alternativer til mørk stof, vokset.

For at starte et sted, er vi nødt til at vende tilbage til1800-tallet og tale om problemet, der eksisterede længe før den "manglende masse" (eller "manglende lys"), som mørke stoffer og MOND prøver at løse: problemet med Uranus og Merkur. Tyngdeloven, der blev fremsat af Newton i 1600'erne, var utroligt vellykket med at beskrive alt - så vidt vi ved - som det blev anvendt på. Fra bevægelse af skaller til rullende genstande; fra objekternes vægt til krydsningen af ​​et pendulur; fra en båds opdrift til månens bane rundt om jorden fejlet Newtons tyngdekraft aldrig.

Keplers tre love, et specielt tilfælde med Newtons tyngdekraftsformel, blev lige så anvendt på alle kendte planeter:

  • Planeter bevæger sig i ellipser med solen i et af tricksne.
  • Hver planet bevæger sig i et plan, der passerer gennem solens centrum, og i lige perioder beskriver radiusvektoren, der forbinder solen og planeten, lige områder.
  • Firkanterne for perioderne med revolution af planeterne omkring Solen omtales som terninger af de halvtliggende akser på planeternes baner.

  • Berømte indre og ydre verdener alleoverholdt disse love, så ingen afvigelser afslørede hundreder af år. Men med opdagelsen af ​​Uranus i 1781 ændrede der sig noget. Mens den sidste af de åbne planeter bevægede sig i en ellipse omkring solen, bevægede den sig med den forkerte hastighed sammenlignet med de forudsagte tyngdekraftslove.

    I de første 20 år siden opdagelsen flyttede hunhurtigere hver nat og hvert år end de foreskrevne love. I løbet af de næste 20-25 år bevægede planeten sig i nøje overensstemmelse med lovene. Men så bremsede det ned, og hastigheden faldt under forudsagt.

    Var der en fejl i tyngdeloven? Måske. Men det er også muligt, at der var en smule mere sag - noget usynligt, mørkt stof - der påvirkede Uranus og forårsagede forstyrrelser i dets bane. Dette ligner mere sandheden. Efter den teoretiske krig mellem Urbain Leverrier og John Coach Adams, der arbejdede uafhængigt og fremsatte forudsigelser om placeringen af ​​den nye planet, blev prognoserne for Leverrier bekræftet af Johann Halle og hans assistent Henry d'Arre den 23. september 1846. Planeten Neptune blev opdaget, det første objekt, hvis eksistens blev afledt af de effekter, der udøves af dens masse: gravitationspåvirkning.

    På den anden side er den indre planet Mercury -på grund af en øget nøjagtighed af observationer og i kombination med sekulære data, begyndte hun at demonstrere en endnu fremmed overtrædelse af tyngdeloven. Hvis Keplers love forudsagde, at planeter skulle bevæge sig langs ideelle ellipser med solen i et af tricksne, så forudsat at der ikke er andre masser, der krænker eller påvirker systemet. Men der er ingen masser omkring, og Merkur bevæger sig ikke langs en ideel ellips. Dets ellips forgår over tid.

    Ved hjælp af Newtons tyngdekraften kunne vitage hensyn til indflydelsen fra alle kendte planeter (inklusive Neptune). Når vi havde gjort alt dette, ville vi konstatere, at der stadig er en lille uoverensstemmelse mellem det forudsagte og det observerede: en præcession på 43 ”pr. Århundrede eller 0,012 grader pr. Århundrede. Men dette var ikke en ulykke.

    Hvad er forklaringen denne gang? Er denne nye usynlige masse forbundet med tarmene i Merkur? Eller krybede det virkelige problem ind i tyngdeloven? En grundig søgning efter svaret på dette spørgsmål førte til den nye teoretiske planet Vulcan, som skulle være tættere på Solen end alle andre. Men ingen vulkan blev fundet. Beslutningen kom i 1915, da Einstein skitserede sin generelle relativitetsteori.

    Nu spilder vi tid indtil 1970'erne - til et antalvidenskabelige observationer af Vera Rubin. Vi observerer individuelle galakser - især galakser "fra kanten" - og måler deres hastighedsprofiler. Vi ser på den ene side af galaksen og ser, at den bevæger sig mod os (ved det blå skift), ser på den anden - det bevæger sig væk fra os (ved rødskiftet), og bestemmer så galaksens rotation. Hvad forventer vi af dem? Ligesom vores solsystem skal indre stjerner rotere hurtigere, og jo længere fra midten, jo lavere skal hastigheden være. Men det er ikke, hvad vi finder.

    I stedet for hver enkelt rotationshastighedgalaksen forbliver konstant uanset afstand. Hvorfor? Igen er der to muligheder: enten tyngdelovene kræver forbedring, eller vi må antage, at der er en usynlig overskydende masse.

    Fænomenet MOND blev først bemærket af Moti Milgrom i 1981til året, hvor han bemærkede, at hvis vi ville ændre tyngdeloven ved meget små accelerationer - noget som brøkdele af et nanometer per sekund i kvadrat - kunne vi forklare disse rotationskurver. Derudover kunne den samme ændring, en enkelt og konsistent, forklare rotationen af ​​alle galakser, fra den mindste til den største. MOND gør det stadig og klarer sig godt.

    Mørk stof antyder derimodat ud over de almindelige partikler i standardmodellen og almindeligt stof fra "protoner, neutroner og elektroner", der udgør næsten alt, hvad vi ved, er der en ny type stof. For at forklare rotationsfænomenet blev det foreslået at indføre en stor glorie af stof, som ikke interagerer med lys, men ikke klæber sammen, og ikke interagerer med almindeligt stof, undtagen gravitationsmæssigt. Det var ideen om mørk stof.

    Mørket stof kan forklare disse omdrejningerkurver, men det gør ikke så godt som MOND. Numerisk modellering for glorie, der producerer selv de enkleste modeller af mørkt stof, svarer ikke til observationer; glorie er for “nedtynget” i midten og for “fluffy” i udkanten. (Fra et teknisk synspunkt virker de mere isotermiske end forventet). Kort sagt, først var MOND en klar leder.

    Men der, yderligere, begyndte hele universet. Når du foreslår en ny teori til erstatning for den gamle - som den generelle relativitetsteori erstattede Newtons love - skal din teori tilfredsstille tre principper:

  • Det skulle gengive hele succesen med den tidligere førende teori.
  • Hun skal med succes forklare det nye fænomen (eller fænomener), som det blev oprettet til.
  • Og hun skal fremsætte nye forudsigelser, der eksperimentelt eller observationsmæssigt vil blive verificeret, bekræftet eller tilbagevist, så det er unikt for den nye teori.
  • Vi taler om alle succeser fra den foregående førende teori, og de er mange.

    Der er en tyngdekurvatur af stjernelysmasse, stærk og svag gravitationslinse. Der er en Shapiro-effekt. Der er tyngdepunktudvidelse og tyngdepunkt rødskift. Der er begrebet Big Bang og begrebet et ekspanderende univers. Der er bevægelser af galakser inde i klynger og klynger af selve galakserne på de største skalaer.

    I tilfælde af alle disse eksempler - alle - MONDlider af et knusende nederlag, enten ved ikke at foreslå nogen prognoser, eller ved at stille prognoser, der kommer i frustrerende konflikt med de tilgængelige data. Du kan med rette bemærke, at MOND aldrig ville blive en komplet teori, men snarere en beskrivelse af et enkelt fænomen, der kunne føre til en mere komplet teori. Mange mennesker arbejder med MOND-udvidelsen, som kunne forklare disse observationer, men indtil videre uden succes.

    Men hvis du fortsætter Einsteins tyngdelov og bare tilføjer en ny ingrediens, kold mørk stof, kan du forklare alt, inklusive nogle nye usædvanlige nuancer.

    Du kan forklare billedet af klynger, der er observeret i storskalaen i universet, hvis du har fem gange mere mørkt stof end normalt.

    Og hvad der er specielt imponerende, kan du gøreen helt ny forudsigelse: Når to klynger af galakser kolliderer, opvarmes gassen i dem, bremser ned og udsender røntgenstråler, mens massen, som vi ser med gravitationslinse, følger mørkt stof og erstattes af røntgenstråler. Denne nye forudsigelse er eksperimentelt bekræftet og har eksisteret i ti år, hvilket giver en indirekte bekræftelse af eksistensen af ​​mørkt stof.

    MOND har fordelen ved: hun forklarer galaksernes rotationskurver bedre end mørkt stof. Men dette er ikke en fysisk teori, og den svarer ikke til det fulde sæt af observationer, som vi har. Mørk stof findes - i det mindste i teorien - fordi det giver os det samme univers, konsekvent uden nogen ændringer.

    Men den aktuelle fiasko er MOND,kosmologisk, læg det under mørkt stof. Lad ham gengive alle succeser med generel relativitet, forklare nye fænomener, komme med forudsigelser, der kan bekræftes - og forskere vil utvivlsomt vende sig til den nye tro. Når alt kommer til alt er de gode forskere.