Физиците работят върху нова теория на гравитацията. Каква роля играе тъмната материя в нея?
Човешката история е същинска сага с доста герои. От епохи търсим отговори на въпросите кои сме, от кое място идваме и накъде отиваме. С развиването на науката и технологиите въпросите станаха по-многобройни, само че и ние научихме доста. Оказа се, че нашата планета е дребна синя точка, която обикаля към напълно елементарна звезда, каквито във Вселената има в действителност доста. И колкото повече научаваме за небесните обекти и структурата на Космоса, толкоз по-малко разбираме какво се случва. По този метод двете водещи физични теории – общата доктрина на относителността (ОТО) и квантовата механика – работят съвършено поотделно, само че дружно – по никакъв метод.
Ще може ли една нова доктрина за гравитацията да отговори на най-големите загадки на космологията? Какво не е наред с космологията?
Изглежда всички знаят, че космологията е в рецесия. Причината е в несъответствието на константата на Хъбъл. Това значи, че или учените вършат нещо неправилно, или в необятната Вселена се случва нещо незнайно.
Константата на Хъбъл е число, което астрономите употребяват, с цел да мерят разширението на Вселената. За първи път тя е показана от американския астроном Едуин Хъбъл, който открива други галактики оттатък Млечния път и стига до заключението, че те непрекъснато се отдалечават от нас. Въпреки това скоростта, с която това се случва (и защо), е мистерия. Всъщност всякога, когато учените изследват въртенето на далечните галактики, те изпадат в неразбиране.
Това е по този начин, тъй като има един важенедин проблем: другите способи за премерване на константата на Хъбъл дават разнообразни резултати. Данните от Космическия микровълнов декор, остатъчното лъчение от Големия гърмеж, демонстрират скорост на разширение от към 67,5 km/s/Mpc. Данните от свръхнови и пулсиращите звезди, наречени цефеиди, в близката Вселена демонстрират скорост от към 74 km/s/Mpc. Това противоречие се назовава спор на константата на Хъбъл. Той в действителност значи, че общоприетият космологичен модел – настоящето ни схващане за структурата и историята на Вселената – може да е неправилен.
Вселената ни се уголемява с ускоряване и това в действителност е много необичайно Работата е там, че звездите в галактиките се удържат дружно от гравитацията. Това е силата на тежестта, която не им разрешава да бъдат изхвърлени в междугалактическото пространство, по време на тяхното въртене. Загадката се крие във обстоятелството, че най-отдалечените елементи на галактиките се движат прекомерно бързо, без да губят звезди. Фактът, че светилата не са изхвърлени в междузвездното пространство, изумява астрономите и е една от най-големите космологични загадки. Някаква мощ би трябвало някак да държи галактиките дружно, само че каква е тази мощ и от кое място идва, е незнайно и прекомерно необичайно.
Към сегашния миг най-хубавото пояснение за протичащото се звучи по този начин – съществува някаква „ тъмна материя„, която оказва гравитационно влияние върху всички небесни тела. Търсенето на тази мистериозна материя е една от водещите области на научните проучвания, само че макар дългогодишните изследвания и достижения към момента не е допустимо да се намерят доказателства за съществуването на тъмната материя.
Новите хрумвания
За благополучие откривателите гледат в разнообразни направления. Докато едни се занимават с тъмната материя, други търсят различни аргументи за следените „ космологични проблеми “. Така да вземем за пример още през 80-те години на предишния век физикът Мордехай Милгром изрича догатката, че в космически мащаб законите за придвижване на Нютон може би малко се разграничават от тези, следени на Земята.
Според Милгром тази модифицирана нютонова динамичност (MOND) може да обезпечи спомагателна гравитационна мощ, която държи галактиките дружно. Но както и при тъмната материя, има напълно малко доказателства в интерес на тази концепция.
Астрономите са склонни да поддържат концепцията за тъмна материя. Но какво ще е, в случай че бъркат? Най-различни проучвания са разглеждали по какъв начин MOND може да повлияе на орбитите на такива отдалечени обекти като Плутон или галактическите апарати „ Пионер “ и „ Вояджър “, само че не получиха окуражаващи резултати. Нещо повече, на мнозина астрономи концепцията не се харесва, защото всъщност тя съставлява случайно пояснение на Нютоновата динамичност (всъщност това е повода за необятния интерес към тъмната материя).
Сега това може да се промени с помощта на работата на Джонатан Опенхайм и Андреа Русо от Университетския лицей в Лондон, които са открили за какво концепцията на Милгром за MOND въпреки всичко може да се окаже вярна. Научната работа, която към момента не е рецензирана, дава на MOND една теоретична основа, която усилва привлекателността на тази доктрина за астрономите и физиците.
Добре забравеното остаряло
Изследването, оповестено в сървъра за предварителни изявления AiRXiv, се основава на концепция, която Опенхайм изложи преди няколко години. Тя цели да помири несъвместимостта сред двете огромни основи на актуалната физика: квантовата механика и общата доктрина на относителността. Да си напомним, че квантовата механика изяснява структурата на Вселената в най-малките мащаби, до момента в който ОТО я изяснява в най-големите мащаби.
И, както неведнъж сме обсъждали, природата на двете теории е изцяло противоположна. Квантовата механика допуска, че Вселената има вероятностен темперамент, до момента в който ОТО сочи, че тя е напълно и безусловно класическа. Това противоречие основава алтернатива, когато става въпрос за основаване на доктрина на квантовата гравитация, която физиците към момента не са създали.
Квантовата гравитация. Това е клон на теоретичната физика, който има за цел квантово изложение на гравитационното взаимоотношение Идеята на Опенхайм е, че ОТО е класическа доктрина, само че в основата си тя е стохастична. Тоест тя има инцидентен темперамент, по-скоро като Брауновото придвижване – инцидентното придвижване на парченце, намираща се в течност. Това виждане ни дава опция да обединим квантовата механика и теорията на относителността по математически съчетаем метод.
От този „ добре пропуснат “ метод следва също по този начин, че гравитацията за нас работи тъкмо по този начин, както я е описал Нютон (и както я следят физиците). Но в космически мащаби ускорението, дължащо се на гравитацията, може да варира с дребни, само че инцидентни стойности, като че ли пространство-времето провокира някакво брауново придвижване на масите в него.
Възможно е да не разбираме вярно гравитацията. А тя е главната движеща мощ на Вселената „ Ние демонстрираме, че стохастичната природа на пространство-времето поражда спомагателна гравитационна мощ, която държи галактиките дружно. Ентропията, следена от стохастичната космологична константа, може да изясни кривите на въртене на галактиките. А това значи, че не е належащо тъмната материя да е забъркана “,
пишат създателите на научната публикация.
Наистина ли тъмната материя към този момент не е нужна?
Идеята на Милгром (и на създателите на новото изследване) може да е належащо разследване от съчетаването на теорията на относителността и квантовата механика в единна рамка. Най-малкото, тази концепция би трябвало да се схване съществено и да се проведат редица научни опити, с цел да се ревизира природата на Нютоновата динамичност.
Авторите на публикацията обаче приканват към нерешителност, като показват, че с изключение на въртенето на галактиките има и други аргументи да се допуска съществуването на тъмна материя. Например гравитационната маса на отдалечените галактики работи като леща, пречупваща преминаващата около тях светлина. А размерът на това прегъване допуска, че тъмната материя би трябвало да способства за тази маса.
Физиците употребяват необятен набор от подходи към доста комплицирани проблеми.Например съчетават квантовата механика с гравитацията. И това е доста добре. Затова, преди да се популяризира една нова, различна концепция, тя би трябвало да бъде в детайли и задълбочено проучена. По-специално посредством компютърно моделиране на брауновото придвижване на пространство-времето и неговото влияние върху масата. Не може да става дума за цялостното отменяне на тъмната материя.
Така че на астрономите им следва още работа, тъй като с изключение на търсенето на тъмна материя както в космоса, по този начин и на Земята, ще би трябвало да се обърне внимание и на концепцията на Милгром. Но по този начин работи науката - колкото по-открито и независимо гледаме на Вселената, толкоз повече шансове имаме да научим още няколко нейни секрети.