Es pirmais atzīšu, ka mēs nesaprotam tumšo vielu. Piemēram, apskatot galaktiku un saskaitot visus karstos kvēlojošos bitus, piemēram, zvaigznes un gāzi un putekļus, mēs iegūstam noteiktu masu. Ja masas mērīšanai mēs vispār izmantojam kādu citu paņēmienu, mēs iegūstam daudz lielāku skaitli. Tātad dabiskais secinājums ir tāds, ka ne visa Visuma lieta ir karsta un mirdzoša. Varbūt daži, ja tas ir, jūs zināt, tumšs.
Bet turaties. Vispirms mums jāpārbauda matemātika. Vai mēs esam pārliecināti, ka mēs ne tikai kļūdāmies fizikā?
Sīkāka informācija par tumšām vielām
Galvenais tumšās matērijas mīkla (lai arī tas noteikti nav vienīgais, un tas būs svarīgi vēlāk rakstā) ir tā saukto galaktiku rotācijas līkņu veidā. Kad mēs vērojam, kā zvaigznes rotājas ap savu galaktiku centru, tām, kas atrodas tālāk no centra, pēc visām tiesībām vajadzētu virzīties lēnāk nekā tām, kas atrodas tuvāk centram. Tas notiek tāpēc, ka lielākā daļa galaktisko masu ir iepūsta kodolā, un vistālākās zvaigznes ir tālu prom no visa šī sīkuma, un vienkārša Ņūtona gravitācijas dēļ tām jāseko lēnām slinkām orbītām.
Bet viņi to nedara.
Tā vietā attālākās zvaigznes riņķo tikpat ātri kā viņu pilsētas brālēni.
Tā kā šī ir gravitācijas spēle, ir tikai divas iespējas. Vai nu mēs kļūstam nepareizi, vai arī ir kādi neredzami sīkumi, kas mērcē katru galaktiku. Un, cik mēs varam pateikt, mums gravitācija ir ļoti, ļoti pareiza (tas ir vēl viens raksts), tāpēc uzplaukums: tumšā matērija. Kaut kas liedz šīm brīvi ritošajām zvaigznēm ieslodzīt viņu galaktikās, pretējā gadījumā tās būtu izcēlušās kā ārpuskontrolējamas simpātijas pirms miljoniem gadu; ergo, ir vesela virkne lietu, kuras mēs tieši neredzam, bet kuras varam netieši atklāt.
Kļūst smags
Bet ko tad, ja šī nav tikai smaguma spēle? Galu galā ir četri dabas spēki: spēcīgs kodols, vājš kodols, gravitācijas spēks un elektromagnētisms. Vai kāds no viņiem var spēlēt šajā lieliskajā galaktikas spēlē?
Spēcīga kodolierīce darbojas tikai ar desmitiem niecīgu apakšatomu mērogu, tāpēc tas ir pareizi. Un nevienam nerūp vājš kodolspēks, izņemot atsevišķus retus sabrukumus un mijiedarbību, tāpēc arī mēs varam to nolikt malā. Un elektromagnētisms… labi, acīmredzot, ka radiācijai un magnētiskajam laukam ir nozīme galaktikas dzīvē, bet starojums vienmēr virzās uz āru (tāpēc acīmredzami tas nepalīdzēs ātri kustīgās zvaigznes noturēt atpakaļ) un galaktikas magnētiskie lauki ir neticami vāji (ne stiprāki par pašas Zemes magnētiskā lauka miljonā daļa). Tātad… neiet, vai ne?
Gluži tāpat kā fizikā, arī tur ir visaptveroša izeja. Cik mēs varam pateikt, fotons - paša elektromagnētiskā spēka nesējs - ir pilnīgi bezsvara. Bet novērojumi ir novērojumi, un zinātnē nekas nav skaidri zināms, un pašreizējie aprēķini liek fotona masai pievērsties ne vairāk kā 2 x 10.-24 elektronu masa. Forall nodomiem un mērķiem, tas ir gandrīz nulle gandrīz par jebko, kas ikvienam rūp. Bet ja fotons daraja jums ir masa, pat zem šī ierobežojuma, tā var darīt dažas diezgan smieklīgas lietas.
Tā kā fotonā ir masa, Maksvela vienādojumi, kā mēs saprotam elektrību, magnētismu un starojumu, iegūst modificētu formu. Papildu termini parādās matemātikā, un veidojas jauna mijiedarbība.
Vai jūs to varat sajust?
Jaunā mijiedarbība ir pietiekami sarežģīta un atkarīga no konkrētā scenārija. Galaktiku gadījumā to vājais magnētiskais lauks sākas, lai nedaudz sajustu kaut ko īpašu. Tā kā magnētiskais lauks ir saspringts un savijies, masīvu fotonu klātbūtne maina Maikla vienādojumus vienkārši pa labi, lai pievienotu jaunu pievilcīgu spēku, kas dažos gadījumos var būt spēcīgāks par gravitācijas vien.
Citiem vārdiem sakot, jaunais elektromagnētiskais spēks, iespējams, spēs noturēt ātri kustīgas zvaigznes, pilnībā novēršot nepieciešamību pēc tumšās matērijas.
Bet tas nav viegli. Magnētisko lauku vītne notiek visā galaktikas zvaigznīšu gāzē, nevis pašas zvaigznes. Tātad šis spēks nevar tieši ietekmēt zvaigznes. Tā vietā spēkam ir jāpadara sava vilkšana zināma gāzēm, un kaut kā gāzei ir jāinformē zvaigznes, ka ir jauna šerifa pilsēta.
Masīvu, īslaicīgu zvaigžņu gadījumā tas ir diezgan vienkārši. Pati gāze pīkst ap galaktikas kodolu ar maksimālo ātrumu, veido zvaigzni, zvaigzne dzīvo, zvaigzne nomirst, un paliekas atgriežas pie gāzes pietiekami ātri, ka visiem nolūkiem un mērķiem šīs zvaigznes imitē gāzes kustību, dodot zvaigzni mums vajadzīgās rotācijas līknes.
Lielas nepatikšanas mazajās zvaigznēs
Bet mazas, ilgi dzīvojošas zvaigznes ir vēl viens zvērs. Viņi atdalās no gāzes, kas tos veidoja, un dzīvo paši savu dzīvi, daudzas reizes riņķojot apkārt galaktikas centram, pirms tie beidzas. Un, tā kā viņi nejūt jauno dīvaino elektromagnētisko spēku, viņiem vajadzētu vienkārši attālināties no savām galaktikām, jo nekas viņus nekontrolē.
Patiešām, ja šis scenārijs būtu precīzs un masīvi fotoni varētu aizstāt tumšo vielu, mūsu pašu saulei nevajadzētu atrasties tur, kur tā ir šodien.
Turklāt mums ir ļoti labs iemesls uzskatīt, ka fotoni tiešām ir bezspēcīgi. Protams, Maksvela vienādojumiem varētu būt ļoti vienalga, bet īpaša relativitāte un kvantu lauka teorija to dara. Jūs sākat jaukties ar fotonu masu, un jums ir daudz ko izskaidrot, mister.
Turklāt tas, ka visiem patīk galaktiku rotācijas līknes, nenozīmē, ka viņi ir mūsu vienīgais ceļš uz tumšo vielu. Galaktiku kopu novērojumi, gravitācijas lēca, struktūras pieaugums Visumā un pat kosmiskais mikroviļņu fons norāda uz sava Visuma neredzamā komponenta virzienu.
Pat ja fotonam būtu masa, un tas kaut kā spētu izskaidrot visiem zvaigznes galaktikā, ne tikai masīvās, tas nespētu izskaidrot daudzus citus novērojumus (piemēram, kā jauns elektromagnētiskais spēks varētu izskaidrot gaismas gravitācijas izliekumu ap galaktiku kopu? tas nav retorisks jautājums - tā nevar). Citiem vārdiem sakot, pat kosmosā, kas piepildīts ar masīviem fotoniem, mums joprojām būtu nepieciešama arī tumšā matērija.
Jūs varat izlasīt žurnāla rakstu šeit.
