Dzień dobry! Spotykamy się jak zwykle po eonach, ech, ja i moje zacięcie do fizyki. Bardziej czytam niż piszę, oby to się zmieniło (albo nie - i tu część Czytelników westchnęłoby z ulgą. Po co czytać ciągle jakieś trudne rzeczy, skoro można wyjść na dwór i pobawić się w chowanego.), liczę, że mnie jeszcze lubicie. Nie? Może trochę? Takie małe tyci? ;)
Co dziś kuchnia pełna zapodajek zapodaje? Co dziś na tapecie, zakrzykną Ci, którym nieobce jest jeszcze młodzieżowe słownictwo. Młodzieżowe? Pewnie śmiechu warte to moje młodzieżowstwo, dziś nastolatcy i dwudziestaki używają o wiele fikuśniejszych sformułowań. Się znalazł, pajac drewniany. Dobra, starczy.
Dziś zaprezentuję Państwu, jak grawitacja powinna się zmienić, aby wyprzeć z fizyki teoretycznej koncepcję ciemnej materii. Otóż tak, aby wszystko pasowało, obliczenia się zgadzały, a wiadomo nie od dziś, że naukowców korci, aby ową ciemną materię z równań usunąć. Po co trzymać w schowku i straszyć ludzi czymś, na co nie ma dowodów? Dlaczego galaktyka trzyma się w samoistnym złożeniu? Ciemna materia. Dlaczego masa galaktyki nie zgadza się z obliczeniami i wyskakują anomalie w rotacji galaktyk? Ciemna materia. I powtarzam, gdzie jest, kurczę, 27% masy-energii naszego Wszechświata? Ciemna materia. Czyżby?
1. Czym jest, z grubsza, ciemna materia? Jak ją wykluczyć?
Aby osiągnąć stan zgodny z obserwacjami oraz nie tłumaczyć niczego za pomocą ciemnej materii, odbiłby się ów wyczyn na biednej, Bogu ducha winnej grawitacji. Musiałaby być ona niezwykle dziwna w swoim zachowaniu, jeśli ma nie być ciemnej materii.
Ciemna materia to koncepcyjna, niewidzialna masa, której grawitacja trzyma (podobno) galaktyki w skupieniu. Jednak obecny stan rzeczy, czyli taki, iż niewidzialna i nie wykryta dotąd masa stanowi meritum pewnych wyobrażeń (o galaktyce, jej masie i przyciąganiu grawitacyjnym wewnątrz każdej z galaktyk) nie podoba się i nie jest satysfakcjonującym wytłumaczeniem.
Co najdziwniejsze, doszło do tego, że tak zakorzeniona ciemna materia stanowi nie lada kłopot: jak się pozbyć czegoś, co jest koncepcją, a zbudowanych zostało na niej wiele hipotez? Aby tak się stało, teorie muszą ponieść konsekwencje. Chodzi głównie o zgodność z obserwacjami.
Kto i co mógłby ponieść koszt wykluczenia ciemnej materii? Niestety, grawitacja! Do tego musiałaby być ona przyciągająca dla pewnych odległości, lecz dla innych już odpychająca! Mówi się, że tak dziwna grawitacja nie zda egzaminu, że nie da się jej sprowadzić do poziomu siły odpychająco-przyciągającej.
Wracając do ciemnej materii; mówi się, że wypełnia ona większość galaktyk i dostarcza tej brakującej grawitacji, która sprawia, że gwiazdy nie fruwają samodzielnie po całym Kosmosie, wprowadzając zamęt i siejąc ferment. A, jeszcze kwestia anomalii rotacyjnych. Istnienie ciemnej materii wykluczałoby większość z nich, powodując, że obserwacje nie byłyby sprzeczne z teorią np. rotacji galaktyk albo bilansu masa-energia dla galaktyk.
Te wszystkie nici i grudki, które są obserwowane dla Kosmosu w skali bardzo dużej tworzą rusztowanie, na którym opiera się i rozwinął Wszechświat - to także miałby być udział ciemnej materii. Jednak po dziesięcioleciach starań, nie odkryto cząsteczki ciemnej materii! Wyobrażacie sobie? Lata pracy w uczelniach i akademiach, wszystko na bazie jednej koncepcji, obliczenia zgadzają się z obserwacjami tylko w przypadku istnienia tej całej ciemnej materii, a tu może się okazać, że jej nie ma?
A może ciemnej masy! Uwaga, nie nazywam tak ani Tłuków czy Laików, to są nazwy funkcjonujące podobnie jak tytuły naukowe, ale w moim prywatnym rankingu, no i oczywiście, uwzględniając w równaniach humor i dystans :)
Naukowcy bardzo chętnie pozbyliby się ciemnej materii, niestety dla nich, funkcjonuje ona dobrze.
2. Próby usunięcia ciemnej materii, w przeszłości.
W roku 1983, fizyk o nazwie Mordehai Milgrom odkrył, iż można skompensować prędkości galaktyk wirujących naokoło za pomocą modyfikacji newtonowskiego drugiego prawa dynamiki: masa x siła = przyspieszenie. Okazało się, że taka próba wiązałaby się z koniecznością modyfikacji również prawa grawitacji, przynajmniej w skali pojedynczych galaktyk.
Co najciekawsze - udało się, jednak naukowcy wiele lat pracowali nad spójną, taką jaką wyprodukował A.Einstein (ogólną teorią względności), teorią grawitacji bez ciemnej materii. Trzeba było jednak... dodać inne pola - dalekich krewnych zwykłego pola grawitacyjnego.
3. Skala kosmologiczna a usunięcie ciemnej materii.
Okazało się, że usunięcie ciemnej materii pociąga za sobą daleko idące problemy, jeśli chodzi o skalę kosmologiczną, nie tylko na poziomie galaktyk. Wiąże się to z porównaniem rozkładu zwykłej materii we wczesnym Wszechświecie poprzez pomiary mikrofalowego promieniowania tła - takiej poświaty po Wielkim Wybuchu - z rozkładem galaktyk dzisiaj.
Ewolucja Kosmosu to kwestia porównania dwóch rodzajów materii: ciemnej, która nie reaguje na światło (to znaczy, że jej nie widać, fotony się od niej nie odbijają i nie wracają do ludzkich przyrządów pomiarowych), oraz zwykłej, która wchodzi w interakcję ze światłem.
Wielki Wybuch pozostawił zmarszczki na ciemnej materii, która przy reagowaniu na własną grawitację zaczęła łączyć w gęstsze obszary. Zwykła materia (wtedy, czyli u początków Wszechświata) - zupa gorących wolno poruszających się protonów i elektronów - także zaczęła wpadać w obszary, gdzie znajdowała się ciemna materia. Jednakże, cząstki naładowane zaczęły sam z siebie generować promieniowanie, które je odpychały, tworząc fale dźwiękowe znane jako akustyczne oscylacje barionowe (wdź[w]ięczna nazwa, prawda? ;)). Szach-mat, za nazewnictwo i wpisywaniu bardzo dziwnych nazw! :) Fale te rozchodziły się do momentu, gdy Wszechświat schłodził się wystarczająco, by mogły się uformować neutralne atomy, 380 000 lat po Wielkim Wybuchu, kiedy pojawiło się mikrofalowe promieniowanie tła. Fala dźwiękowa pozostawiła swój 'odcisk' na mikrofalowym promieniowaniu tła, oraz, w bardzo delikatny sposób, na rozkładzie galaktyk.
Jednakże czy nie dałoby się wyjaśnić tej ewolucji za pomocą zwykłej materii działającej poprzez zmodyfikowaną grawitację? Aha!
Aby wyjaśnić tę możliwość, zastosowano funkcję matematyczną, która opisuje jak grawitacja musiałaby działać, byśmy mogli otrzymać taki rozkład materii, jaki ukazuje mikrofalowe promieniowanie tła prowadząc ku dzisiejszemu rozkładowi galaktyk.
Tu pojawiła się zagwozdka, szokująca, niespodziewana i bardzo dziwna. Otóż funkcja ta musiałaby rozciągać się między wartościami dodatnimi i ujemnymi, tzn. - że... grawitacja musiałaby być zarówno przyciągająca, jak i odpychająca, dla określonych wartości.
Dziwaczne zachowanie musi mieć miejsce, ponieważ inaczej nie udałoby się wytłumaczyć większej akustycznej oscylacji barionowej, rozciągającej się, kiedy kształtowały się mniejsze galaktyki. Podobnie uczynił Milgrom, ale tylko dla jednej galaktyki. Aby wyjaśnić makrostrukturę Kosmosu, grawitacja musiałaby być inna, niż dotychczas sądzono.
5. Co dziś wiadomo, co udało się osiągnąć w kwestii powyższej.
Aby zgadzać się z danymi z mikrofalowego promieniowania tła, należało skonstruować teorię, która nie uwzględnia ciemnej materii, jednak nie kłóci się z obserwacjami rozkładu dzisiejszych galaktyk.
Aby to osiągnąć, należało dodać do teorii grawitacji, takiej jak ogólna teoria względności dodatkowe, przestrajalne pole nazywane polem skalarnym. Pole skalarne to to takie pole, w którym do każdego punktu na osi Y przyporządkowany jest punkt na osi X, w odróżnieniu od pola wektorowego, w którym dla każdego punktu na jednej z osi przyporządkowany jest wektor, czyli uporządkowana para punktów. Szczypta matmy, kojarzy mi się z fizyką i ciemną salą, w której odbywały się lekcje, i na każdego typu słowo, podobnego do skalar lub wektor jeżył się włos na głowie. To oczywiście na początku, potem były już oceny 'dobry' ;)
Przykładem pól skalarnych są np. pola temperatury, pole natężenia światła, ciśnienia powietrza. Za to polami wektorowymi są np. pole siły grawitacyjnej.
Co z tego?
Pole skalarne dla naszej nowej grawitacji posiada energię, która za pomocą tożsamości z masą (wg słynnego E=mc^2) może zachowywać się jak forma masy. W skalach kosmologicznych to duże pole może działać jak ciemna materia, ba, nawet lepiej, bo także oddziałuje samo ze sobą.
Ów zabieg miał za zadanie dowieść, że nie potrzebujemy ciemnej materii, która jednak jest prostszym wyjaśnieniem. Bo przecież zastępujemy jedno tajemnicze pojęcie drugim, jeszcze bardziej tajemniczym. Pole skalarne z nowej teorii grawitacyjne miało za zadanie tylko odwzorowywać ciemną materię...
6. Koniec.
Koniec to koniec, szkoda słów, mózg mi paruje, a Wam? Nie jest to tak, że po prostu siadam i sobie piszę. Trzeba się trochę napocić, ale myślę że warto, tak samo jak warto zanurzyć się w każdym kolejnym poście @diesphys!
Pozdrawiam serdecznie! =)
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz