Menneskehedens historie er en rigtig saga med mange karakterer. I århundreder har vi søgt efter svar på spørgsmål om, hvem vi er, hvor vi kom fra, og hvor vi skal hen. Efterhånden som videnskab og teknologi udviklede sig, blev der flere spørgsmål tilgængelige, men vi lærte også meget. Det viste sig, at vores planet er en lille bitte blå prik, der kredser om den mest almindelige stjerne, som der er utallige af i universets vidder. Og jo mere vi lærer om himmellegemer og rummets struktur, jo mindre forstår vi, hvad der sker. Således fungerer to førende fysiske teorier – generel relativitetsteori (GTR) og kvantemekanik – ideelt set hver for sig, men ikke sammen. Desuden studerer vi fjerne galakser i et forsøg på at forstå universets struktur og introducere forskellige variabler, såsom mørkt stof, designet til at forklare de største mysterier. Men der er stadig ingen beviser for dens eksistens, ligesom der ikke er nogen ny fysisk teori. Men hvorfor og skal vi forvente en revolution inden for kosmologi? Lad os finde ud af det!
Indhold
- 1 Hvad er der galt med kosmologi?
- 2 Nye ideer
- 3 Godt glemte gamle
- 4 Behøves mørkt stof ikke længere?
Hvad er der galt med kosmologi?
Alle lader til at vide, at kosmologien er i krise. Årsagen ligger i uoverensstemmelsen mellem Hubble-konstanten. Det betyder, at enten gør videnskabsmænd noget forkert, eller også sker der noget ukendt i universets vidder.
Hubble Constanter det tal, som astronomer bruger til at måle udvidelsen af universet. Det blev først rapporteret af den amerikanske astronom Edwin Hubble, som opdagede andre galakser uden for Mælkevejen og konkluderede, at de konstant bevæger sig væk fra os. Den hastighed, hvormed dette sker (og hvorfor) er et mysterium. Nå, hver gang videnskabsmænd studerer rotationen af fjerne galakser, bliver de forvirrede.
Her er sagen – stjerner inde i galakser holdes sammen af tyngdekraften – en tyngdekraft, der forhindrer dem i at blive smidt ud i det intergalaktiske rum, mens de snurrer. Mysteriet ligger i, at de fjerneste dele af galakserne bevæger sig for hurtigt uden at miste stjerner. Det faktum, at armaturerne ikke slynges ud i det interstellare rum, forbløffer astronomer og er et af de største kosmologiske mysterier. En eller anden kraft må holde galakserne sammen, men hvad denne kraft er, og hvor den kommer fra, er ukendt.
Du kan være interesseret: Kan gravitationsbølger løse kosmologiens krise?
I øjeblikket er den bedste forklaring på, hvad der sker, mørkt stof, der udøver en gravitationseffekt på alle himmellegemer. Søgningen efter dette mystiske stof er et af de førende forskningsområder, men på trods af mange års undersøgelser og resultater er der stadig ikke fundet beviser for eksistensen af mørkt stof.
Nye ideer
< p>Heldigvis søger forskere i forskellige retninger – mens nogle studerer mørkt stof, andre leder efter alternative årsager til de observerede kosmologiske “problemer”. Således foreslog en fysiker ved navn Mordecai Milgrom tilbage i 1980'erne, at på en galaktisk skala kan Newtons bevægelseslove afvige en smule fra dem, der observeres på Jorden.
Ifølge Milgrom kan denne modificerede Newtonske dynamik (MOND) give en ekstra gravitationskraft til at holde galakser sammen. Men som med mørkt stof er der meget lidt beviser, der understøtter denne idé.
Forskellige undersøgelser har set på, hvilken effekt MOND kan have på kredsløb af fjerne objekter såsom Pluto eller Pioneer-rumfartøjet. og «Voyager», men der var ingen opmuntrende resultater. Desuden kan mange astronomer ikke lide denne idé, da det i virkeligheden er en vilkårlig fortolkning af newtonsk dynamik (faktisk er dette årsagen til den udbredte interesse for mørkt stof).
Læs endnu flere interessante artikler inden for kosmologi og fysik på vores kanal i Yandex.Zen – artikler, der ikke er på webstedet, offentliggøres regelmæssigt der!
Nu kan situationen ændre sig – alt takket være arbejde af Jonathan Oppenheim og Andrea Russo fra University College London, som fandt ud af, hvorfor Milgroms MOND-idé alligevel kunne være rigtig. Værket, som endnu ikke er blevet peer-reviewed, giver MOND en teoretisk ramme, der gør teorien mere attraktiv for astronomer og fysikere.Undersøgelsen, der er offentliggjort på preprint-serveren AiRXiv, bygger på en idé Oppenheim fremsatte for flere år siden for at forene uforeneligheden mellem de to store grundlag for moderne fysik: kvantemekanik og generel relativitetsteori. Lad os huske på, at kvantemekanikken forklarer universets struktur på de mindste skalaer, mens den generelle relativitetsteori forklarer strukturen på de største skalaer.
Og, som vi allerede har beskrevet mere end én gang, er karakteren af begge teorier fuldstændig modsat: Kvantemekanikken antager, at universet er sandsynlighedsorienteret, mens den generelle relativitetsteori indebærer, at det er helt klassisk. Denne inkonsistens skaber et dilemma, når det kommer til at skabe en teori om kvantetyngdekraft, som fysikere endnu ikke har udviklet.
For mere information om kvantetyngdekraften, fortalte vi her, gå ikke glip af det!
Oppenheims idé er, at GTR er en klassisk teori, men i sin kerne er den dog stokastisk – det vil sige, at den har en tilfældig karakter, der temmelig lignerBrownsk bevægelse– tilfældig bevægelse af en partikel suspenderet i en væske. Denne vision tillader kvantemekanik og relativitet at blive forenet på en matematisk kompatibel måde.
Fra dette «godt glemt» tilgang følger også, at tyngdekraften for dig og mig fungerer præcis som Newton beskrev (og som fysikere observerer). Men på en galaktisk skala kan accelerationen på grund af tyngdekraften ændre sig med en lille, men tilfældig mængde, som om rum-tid forårsagede en slags brownsk bevægelse af masser i den.
< p>Vi viser, at rumtidens stokastiske natur genererer en yderligere gravitationskraft, der holder galakser sammen. Entropi, styret af den stokastiske kosmologiske konstant, kan forklare galaksers rotationskurver, hvilket betyder, at der ikke er behov for at involvere mørkt stof, skriver forfatterne til det videnskabelige arbejde.
Er mørkt stof ikke længere nødvendigt?
Milgroms idé (og forfatterne til det nye studie) kan være en nødvendig konsekvens af at kombinere relativitetsteorien og kvantemekanikken i en enkelt struktur. Som minimum bør denne idé tages alvorligt, og der bør udføres en række videnskabelige eksperimenter for at teste arten af newtonsk dynamik.
Forfatterne til værket maner dog til forsigtighed og påpeger, at der ud over galaksernes rotation er andre grunde til at antage eksistensen af mørkt stof. For eksempel virker tyngdekraftens masse af fjerne galakser som en linse, der bryder lys, der passerer forbi. Og størrelsen af denne bøjning antyder, atmørkt stof skal bidragetil denne masse.
Så før en ny, alternativ idé bliver udbredt, skal den omhyggeligt og detaljeret studeres, især gennem computersimuleringer af Brownsk bevægelse af rum-tid og dens virkning på masse. Nå, vi taler slet ikke om en fuldstændig afvisning af mørkt stof.
Læs også: Astrofysikere har opdaget “broer” lavet af mørkt stof. Hvad er det?
Det viser sig, at astronomerne har mere arbejde at gøre, for udover at søge efter mørkt stof både i rummet og på Jorden, skal der også lægges vægt på Milgroms idé. Men det er præcis sådan videnskaben fungerer – jo mere åbent og upartisk vi ser på universet, jo større er chancen for at lære nogle flere af dets hemmeligheder.