211service.com
Jak dualność może rozwiązać dylemat ciemnej materii?
Debata nad falową lub cząstkową naturą światła pochłaniała fizyków przez 300 lat po tym, jak Isaac Newton opowiedział się za cząstkami, a Christian Huygens poparł ideę fal. Rozdzielczość, zgodnie z którą światło można traktować zarówno jako falę, jak i cząsteczkę, zdumiewałaby tych gigantów fizyki, tak samo jak nas.
Nie powinno nas jednak dziwić, że inne pozornie trudne do rozwiązania argumenty mogą zostać rozwiązane w podobny sposób.
Ale dokładnie to może być przygotowane dla zagadki ciemnej materii, która intrygowała astrofizyków od prawie 80 lat, według Chiu Man Ho z Vanderbilt University w Nashville i kilku kumpli:
Problem polega na tym, że galaktyki obracają się tak szybko, że zawierająca je materia powinna odlecieć w kosmos. Podobnie, gromady galaktyk wydają się nie mieć wystarczającej masy, aby je ze sobą związać, więc powinny się rozpaść. Ponieważ tak się oczywiście nie dzieje, jakaś siła musi utrzymywać te masy w miejscu.
Astrofizycy przedstawili dwa wyjaśnienia. Po pierwsze, galaktyki te są wypełnione niewidoczną masą, a ta tak zwana ciemna materia zapewnia dodatkowe przyciąganie grawitacyjne. Po drugie, grawitacja jest silniejsza w tych międzygalaktycznych skalach, podobnie jak sama praca, co nazywa się zmodyfikowaną dynamiką Newtona lub MOND.
Nie ma żadnej miłości straconej między zwolennikami ciemnej materii a ich odpowiednikami z MONDianu: obaj twierdzą, że to drugie się myli i przeczesują wszechświat w poszukiwaniu dowodów, by potępić swoich przeciwników. Jak dotąd żadna ze stron w przekonujący sposób nie zmiażdżyła argumentów drugiej, ale wszyscy zainteresowani zdają się zgadzać, że gdy jedna zwycięży, druga zostanie zmiażdżona.
Być może istnieje jednak inna możliwość: że oboje mają rację.
Umożliwia to nowe podejście do grawitacji, w którym jest to zjawisko emergentne, związane z entropią. Przyjrzeliśmy się temu kilka miesięcy temu tutaj.
Podstawową ideą jest to, że części wszechświata mają różne poziomy entropii, a to tworzy siłę, która redystrybuuje materię w sposób maksymalizujący entropię. Ta siła jest tym, co nazywamy grawitacją.
Jak dotąd podejście to zakładało prosty wszechświat. Ale kosmolodzy wiedzą, że nasz Wszechświat nie tylko się rozszerza, ale i przyspiesza od nas. Co Chui i spółka. Dokonaliśmy tego, to wyprowadzić grawitację jako siłę wyłaniającą się przy użyciu tego samego podejścia entropicznego, ale tym razem we wszechświecie, który przyspiesza.
Rezultatem jest forma grawitacji, w której parametry przyspieszenia i masy dzielą dziwny rodzaj dwoistości: albo człon przyspieszenia można uznać za zmodyfikowany, jak w MOND; albo termin masy może być tak zmodyfikowany, jak w teorii ciemnej materii.
W efekcie Chui i spółka twierdzą, że ciemna materia i MOND to dwie strony tej samej monety.
Co ciekawe, efekt każdego rodzaju modyfikacji wydaje się być zależny od skali. W tej teorii interpretacja MONDiana działa w skali galaktycznej, podczas gdy interpretacja ciemnej materii działa najlepiej w skali gromad galaktycznych.
Tak właśnie wyglądają dowody obserwacyjne. MOND wydaje się lepiej wyjaśniać rzeczywiste zachowanie galaktyk, podczas gdy podejście ciemnej materii lepiej wyjaśnia strukturę gromad galaktyk.
Czy to możliwe, że oba są przejawami tego samego? Tylko odważni lub głupi by to wykluczyć. A w fizyce wydarzyły się dziwniejsze rzeczy, o czym z pewnością potwierdziliby Newton i Huygens.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1005.3537 : Ciemna materia MONDian