Bit ću prvi koji će priznati da ne razumijemo tamnu materiju. Na primjer, kada pogledamo galaksiju i brojimo sve vruće užarene komadiće poput zvijezda i plina i prašine, dobivamo određenu masu. Kad za mjerenje mase uopće koristimo bilo koju drugu tehniku, dobivamo znatno veći broj. Dakle, prirodni zaključak je da nije sva materija u svemiru sva vruća i blistava. Možda neki ako je, znate, mračan.
Ali drži se. Prvo bismo trebali provjeriti matematiku. Jesmo li sigurni da ne shvaćamo samo pogrešnu fiziku?
Pojedinosti o tamnoj materiji
Glavni komad slagalice od tamne materije (iako sigurno nije jedini, a to će biti važno kasnije u članku) dolazi u obliku takozvanih krivulja rotacije galaksije. Dok gledamo kako se zvijezde okreću u rotaciji oko središta svojih galaksija, prema svim pravima one dalje od središta trebaju se kretati sporije od onih koje su bliže središtu. To je zato što se većina galaktičke mase gužva u jezgri, a najudaljenije zvijezde su daleko od svih tih stvari, a jednostavnom njujtonskom gravitacijom trebali bi slijediti spora ledena orbita.
Ali oni ne
Umjesto toga, najudaljenije zvijezde orbitiraju jednako brzo kao i njihovi rođaci iz grada.
Budući da je ovo igra gravitacije, postoje samo dvije mogućnosti. Ili pogrešno shvaćamo gravitaciju, ili imamo dodatne nevidljive stvari koje natapaju svaku galaksiju. I koliko možemo reći, gravitacija dobivamo vrlo, baš (to je drugi članak), tako da bum: tamna materija. Nešto drži ove slobodoumne zvijezde zarobljene u svojim galaksijama, jer bi u suprotnom odletjele poput izvanmrežnih milionera prije milijuna godina; ergo, postoji čitava gomila stvari koje ne možemo izravno vidjeti, ali možemo indirektno otkriti.
Postaje težak
Ali što ako ovo nije samo gravitacija? Naposljetku postoje četiri temeljne sile prirode: jaka nuklearna, slaba nuklearna, gravitacija i elektromagnetizam. Treba li netko od njih igrati u ovoj sjajnoj galaktičkoj igri?
Jaka nuklearna energija djeluje samo na sitnim sitnim subatomskim vagama, tako da je točno. A nikog ne zanima slaba nuklearna energija, osim u određenim rijetkim raspadima i interakcijama, pa to možemo staviti i na stranu. I elektromagnetizam… dobro, očigledno zračenje i magnetsko polje igraju ulogu u galaktičkom životu, ali zračenje uvijek gura prema van (tako da očito neće pomoći da se brze zvijezde zadrže namočene), a galaktička magnetska polja nevjerojatno su slaba (ne jača od milijun Zemljinog vlastitog magnetskog polja). Dakle ... ne idite, zar ne?
Kao i u svemu u fizici, tu je i neslavni izlaz. Koliko znamo, foton - nositelj same elektromagnetske sile - potpuno je bez masi. No, opažanja su opažanja i ništa se u znanosti ne zna sigurno, a trenutne procjene smještaju masu fotona na najviše 2 x 10-24 masa elektrona. Za sve namjere i svrhe, ovo je u osnovi nula za gotovo sve o čemu se tiče. Ali ako je foton seAko nema mase, čak i ispod ove granice, to može učiniti neke prilično smiješne stvari prema univerzumu.
Uz prisustvo mase u fotonu, Maxwell-ove jednadžbe, način na koji razumijevamo struju, magnetizam i zračenje poprimaju modificirani oblik. U matematici se pojavljuju dodatni izrazi, a nove interakcije poprimaju oblik.
Možete li to osjetiti?
Nove interakcije su prikladno komplicirane i ovise o određenom scenariju. U slučaju galaksija, njihovo slabo magnetsko polje počinje prikazivati nešto posebno. Zbog isprepletenog i uvijenog izgleda magnetskih polja, prisutnost ogromnih fotona mijenja Maxwell-ove jednadžbe u samo odmah dodati novu atraktivnu silu koja u nekim slučajevima može biti jača od gravitacije.
Drugim riječima, nova elektromagnetska sila mogla bi biti u stanju zadržati brze zvijezde užeta, u potpunosti uklanjajući potrebu za tamnom materijom.
Ali to nije lako Magnetska polja teku kroz unutarnji zvjezdani plin galaksije, a ne same zvijezde. Dakle, ova sila ne može izravno padati na zvijezde. Umjesto toga, sila mora priopćiti tegas i gas mora nekako obavijestiti zvijezde da postoji novi šerifinski grad.
U slučaju masivnih, kratkotrajnih zvijezda, to je prilično jednostavno. Sam plin vrti se oko galaktičke jezgre najvećom brzinom, formira zvijezdu, zvijezda živi, zvijezda umire, a ostaci se vraćaju u plin dovoljno brzo da za sve namjere i svrhe te zvijezde oponašaju gibanje plina, dajući nama krivulje rotacije koje su nam potrebne.
Velika nevolja u malim zvijezdama
Ali male, dugovječne zvijezde su druga zvijer. Oni se odvajaju od plina koji ih je stvorio i žive vlastitim životom, orbitirajući oko galaktičkog centra mnogo puta prije nego što isteknu. A budući da ne osjećaju neobičnu novu elektromagnetsku silu, oni bi se trebali potpuno odmaknuti od svojih galaksija, jer ih ništa ne drži pod kontrolom.
Dapače, ako bi ovaj scenarij bio točan i masivni fotonapisi mogli zamijeniti tamnu tvar, naše vlastito sunce ne bi moglo biti tamo gdje je danas.
Štoviše, imamo jako dobar razlog da vjerujemo da su fotoni zaista bez masi. Naravno, Maxwellove jednadžbe možda i ne zanimaju mnogo, ali to sigurno rade posebna relativnost i teorija kvantnog polja. Počinješ se zabrljati sa fotonnom masom i imaš puno toga za objasniti, gospodine.
Uz to, samo zato što svi vole krivulje rotacije galaksije ne znači da su nam jedini put do tamne materije. Promatranja galaksijskih nakupina, gravitacijsko leće, rast strukture u svemiru, pa čak i kozmička mikrovalna pozadina, usmjeravaju u smjeru neke nevidljive komponente u naš svemir.
Čak je i ako je foton imao masu, te je na neki način uspio objasniti poteze svi zvijezde u galaksiji, a ne samo one ogromne, to ne bi bilo u stanju objasniti mnoštvu drugih opažanja (na primjer, kako nova elektromagnetska sila može objasniti gravitacijsko savijanje svjetlosti oko galaksije? To nije retoričko pitanje - ne može). Drugim riječima, čak i u kosmosu ispunjenom ogromnim fotonima, i dalje bi nam trebala tamna tvar.
Članak možete pročitati u časopisu ovdje.
