Mänsklighetens historia är en riktig saga med många karaktärer. I århundraden har vi letat efter svar på frågor om vilka vi är, var vi kom ifrån och vart vi är på väg. När vetenskap och teknik utvecklades blev fler frågor tillgängliga, men vi lärde oss också mycket. Det visade sig att vår planet är en liten blå prick som kretsar kring den vanligaste stjärnan, som det finns otaliga av i universums viddhet. Och ju mer vi lär oss om himlaobjekt och rymdens struktur, desto mindre förstår vi vad som händer. Således fungerar två ledande fysikaliska teorier – allmän relativitet (GTR) och kvantmekanik – idealiskt separat, men inte tillsammans. Dessutom studerar vi avlägsna galaxer i ett försök att förstå universums struktur och introducera olika variabler, såsom mörk materia, utformade för att förklara de största mysterierna. Men det finns fortfarande inga bevis för dess existens, precis som det inte finns någon ny fysikalisk teori. Men varför och bör vi förvänta oss en revolution inom kosmologin? Låt oss ta reda på det!
Innehåll
- 1 Vad är det för fel på kosmologi?
- 2 Nya idéer
- 3 Väl bortglömda gamla
- 4 Behövs inte mörk materia längre?
Vad är det för fel på kosmologi?
Alla verkar veta att kosmologin är i kris. Anledningen ligger i diskrepansen mellan Hubble-konstanten. Detta betyder att antingen gör forskare något fel, eller så händer något okänt i universums vidd.
Hubble Constantär det tal som astronomer använder för att mäta universums expansion. Det rapporterades först av den amerikanske astronomen Edwin Hubble, som upptäckte andra galaxer utanför Vintergatan och drog slutsatsen att de hela tiden rör sig bort från oss. Hur snabbt detta händer (och varför) är dock ett mysterium. Tja, varje gång forskare studerar rotationen av avlägsna galaxer blir de förvirrade.
Här är grejen – stjärnor inuti galaxer hålls samman av gravitationen – en gravitationskraft som hindrar dem från att kastas ut i det intergalaktiska rymden när de snurrar. Mysteriet ligger i det faktum att de mest avlägsna delarna av galaxerna rör sig för snabbt utan att förlora stjärnor. Det faktum att armaturerna inte kastas ut i det interstellära rymden förvånar astronomer och är ett av de största kosmologiska mysterierna. Någon kraft måste hålla ihop galaxerna, men vad denna kraft är och var den kommer ifrån är okänt.
Du kanske är intresserad: Kan gravitationsvågor lösa kosmologins kris?
För tillfället är den bästa förklaringen till vad som händer mörk materia som utövar en gravitationseffekt på alla himlakroppar. Sökandet efter denna mystiska materia är ett av de ledande forskningsområdena, men trots år av studier och prestationer har bevis för att mörk materia finns fortfarande inte hittats.
Nya idéer
< p>Lyckligtvis tittar forskare i olika riktningar – medan vissa studerar mörk materia, andra letar efter alternativa orsaker till de observerade kosmologiska “problemen”. På 1980-talet föreslog således en fysiker vid namn Mordecai Milgrom att Newtons rörelselagar på galaktisk skala kan skilja sig något från dem som observerats på jorden.
Enligt Milgrom kan denna modifierade Newtonska dynamik (MOND) ge en extra gravitationskraft för att hålla ihop galaxer. Men, precis som med mörk materia, finns det väldigt lite bevis som stöder denna idé.
Olika studier har tittat på vilken effekt MOND kan ha på banorna för avlägsna objekt som Pluto eller rymdfarkosten Pioneer. och «Voyager», men det blev inga uppmuntrande resultat. Dessutom gillar många astronomer inte denna idé, eftersom det i själva verket är en godtycklig tolkning av Newtons dynamik (i själva verket är detta orsaken till det utbredda intresset för mörk materia).
Läs ännu fler intressanta artiklar inom området kosmologi och fysik på vår kanal i Yandex.Zen – artiklar som inte finns på webbplatsen publiceras regelbundet där!
Nu kan situationen förändras – allt tack vare arbete av Jonathan Oppenheim och Andrea Russo från University College London, som kom på varför Milgroms MOND-idé trots allt kunde vara rätt. Arbetet, som ännu inte har granskats av experter, ger MOND en teoretisk ram som gör teorin mer attraktiv för astronomer och fysiker.Studien, publicerad på preprint-servern AiRXiv, bygger på en idé som Oppenheim lade fram för flera år sedan för att förena inkompatibiliteten mellan den moderna fysikens två stora grunder: kvantmekanik och allmän relativitet. Låt oss komma ihåg att kvantmekaniken förklarar universums struktur på de minsta skalorna, medan generell relativitetsteori förklarar strukturen på de största skalorna.
Och, som vi redan har beskrivit mer än en gång, är naturen hos båda teorierna helt motsatt: kvantmekaniken antar att universum är sannolikhet till sin natur, medan allmän relativitetsteori antyder att det är helt klassiskt. Denna inkonsekvens skapar ett dilemma när det gäller att skapa en teori om kvantgravitation, som fysiker ännu inte har utvecklat.
För mer information om kvantgravitation, sa vi här, missa inte det!
Oppenheims idé är att GTR är en klassisk teori, men i sin kärna är den dock stokastisk – det vill säga den har en slumpmässig karaktär, ganska likbrownisk rörelse– slumpmässig rörelse av en partikel suspenderad i en vätska. Denna vision gör att kvantmekanik och relativitetsteori kan förenas på ett matematiskt kompatibelt sätt.
Från detta «väl bortglömda» tillvägagångssätt följer också att gravitationen för dig och mig fungerar precis som Newton beskrev (och som fysiker observerar). Men på en galaktisk skala kan accelerationen på grund av gravitationen ändras med en liten men slumpmässig mängd, som om rum-tiden orsakade någon sorts Brownsk rörelse av massor inom den.
< p>Vi visar att rymdtidens stokastiska natur genererar ytterligare en gravitationskraft som håller samman galaxer. Entropi, styrd av den stokastiska kosmologiska konstanten, kan förklara rotationskurvorna för galaxer, vilket betyder att det inte finns något behov av att involvera mörk materia, skriver författarna till det vetenskapliga arbetet.
Är mörk materia behövs inte längre?
Milgroms idé (och författarna till den nya studien) kan vara en nödvändig konsekvens av att kombinera relativitetsteorin och kvantmekaniken till en enda struktur. Åtminstone bör denna idé tas på allvar och en serie vetenskapliga experiment bör utföras för att testa naturen hos Newtons dynamik.
Författarna till verket manar dock till försiktighet och påpekar att förutom galaxernas rotation finns det andra skäl att anta att det finns mörk materia. Till exempel fungerar gravitationsmassan hos avlägsna galaxer som en lins och bryter ljus som passerar förbi. Och storleken på denna böj tyder på attmörk materia måste bidratill denna massa.
Innan en ny, alternativ idé får stor spridning, måste den studeras noggrant och i detalj, särskilt genom datorsimuleringar av Brownsk rörelse av rum-tid och dess effekt på massa. Tja, vi pratar inte alls om ett fullständigt förkastande av mörk materia.
Läs också: Astrofysiker har upptäckt “broar” gjorda av mörk materia. Vad är det?
Det visar sig att astronomer har mer att göra, för förutom att söka efter mörk materia både i rymden och på jorden, måste uppmärksamhet också ägnas Milgroms idé. Men det är precis så här vetenskapen fungerar – ju mer öppet och opartiskt vi ser på universum, desto större är chansen att lära sig några fler av dess hemligheter.