Budem prvý, kto pripustí, že nerozumieme temnej hmote. Napríklad, keď sa pozrieme na galaxiu a spočítame všetky horúce žiariace kúsky, ako sú hviezdy a plyn a prach, dostaneme určitú hmotnosť. Keď na meranie hmotnosti použijeme akúkoľvek inú techniku, dostaneme oveľa vyššie číslo. Prirodzený záver je taký, že nie všetky záležitosti vo vesmíre sú horúce a žiarivé. Možno nejaký, ak je, viete, tmavý.
Ale vydrž. Najprv by sme mali skontrolovať našu matematiku. Sme si istí, že sa nám nedarí len fyziku?
Podrobnosti o tmavých veciach
Hlavný kúsok skladačky temnej hmoty (aj keď určite nie jediný, a to bude dôležité neskôr v tomto článku) má podobu tzv. Kriviek rotácie galaxií. Keď sledujeme, ako sa hviezdy otáčajú okolo stredu svojich galaxií, mali by sa podľa všetkého práva pohybovať ďalej od stredu pomalšie ako tie, ktoré sú bližšie k stredu. Je to tak preto, lebo väčšina galaktickej hmoty je preplnená do jadra a najvzdialenejšie hviezdy sú ďaleko od všetkého toho materiálu a jednoduchou newtonovskou gravitáciou by mali nasledovať pomalé lenivé dráhy.
Ale nie.
Namiesto toho najodľahlejšie hviezdy obiehajú rovnako rýchlo ako ich bratranci v mestách.
Keďže ide o hru gravitácie, existujú iba dve možnosti. Buď sa dopúšťame gravitácie, alebo sú v každej galaxii premočené ďalšie neviditeľné veci. A pokiaľ vieme, dostávame gravitáciu veľmi, veľmi dobre (to je ďalší článok), takže boom: temná hmota. Niečo udržiava tieto voľnobežné hviezdy uväznené vo svojich galaxiách, inak by sa vyhodili ako mimovládne kolotoč pred miliónmi rokov; ergo, existuje veľa vecí, ktoré priamo nevidíme, ale môžeme ich nepriamo zistiť.
Ťažké
Ale čo keď to nie je len gravitačná hra? Koniec koncov, existujú štyri základné prírodné sily: silný jadrový materiál, slabý jadrový materiál, gravitácia a elektromagnetizmus. Dostane sa niekto z nich hrať v tejto skvelej galaktickej hre?
Silná jadrová energia funguje iba v mladistvých malých pod atómových mierkach, takže je hneď na mieste. A nikto sa nestará o slabú jadrovú energiu, s výnimkou niektorých zriedkavých rozpadov a interakcií, takže to môžeme dať bokom. A elektromagnetizmus… dobre, v galaktickom živote zohrávajú očividne žiarenie a magnetické polia, ale žiarenie vždy tlačí smerom von (takže očividne nebude pomáhať udržiavať rýchlo sa pohybujúce hviezdy v reinke) a galaktické magnetické polia sú neuveriteľne slabé (nie silnejšie ako milióntina vlastného magnetického poľa Zeme). Takže ... nie, nie?
Tak ako vo fyzike, aj tu je záludný únik. Pokiaľ vieme, fotón - nosič samotnej elektromagnetickej sily - je úplne bezhmotný. Avšak pozorovania sú pozorovania a nie je známe, že veda je istá, a podľa súčasných odhadov je hmotnosť fotónu najviac 2 x 10.-24 hmotnosť elektrónu. Pokiaľ ide o zámery a účely, je to v podstate nula pre takmer všetko, o čo sa zaujímajú. Ale ak je to fotón robímajú hmotnosť, dokonca aj pod týmto limitom, môže robiť veľmi pekné veci pre tých, ktorí sú na svete.
S prítomnosťou hmoty vo fotóne, Maxwellove rovnice, spôsob, akým chápeme elektrinu, magnetizmus a žiarenie, nadobúdajú upravenú formu. V matematike sa objavujú ďalšie výrazy a vznikajú nové interakcie.
Cítiš to?
Nové interakcie sú vhodne komplikované a závisia od konkrétneho scenára. V prípade galaxií sa ich slabé magnetické pole začne cítiť trochu zvláštne. Z dôvodu zamotania a skrútenia magnetických polí modifikácia prítomnosti masívnych fotónov modifikuje Maxwellove rovnice v proste správna cesta na pridanie novej atraktívnej sily, ktorá v niektorých prípadoch môže byť silnejšia než samotná gravitácia.
Inými slovami, nová elektromagnetická sila by mohla byť schopná udržať v sebe rýchlo sa pohybujúce hviezdy, čím by sa úplne odstránila potreba temnej hmoty.
Ale to nie je ľahké. Magnetické polia prechádzajú celým interstelulárnym plynom galaxie, nie samotnými hviezdami. Táto sila sa teda nemôže dostať priamo na hviezdy. Namiesto toho musí sila upozorniť na plyn, a plyn musí nejakým spôsobom informovať hviezdy, že existuje nové šerifínske mesto.
V prípade veľkých hviezd s krátkou životnosťou je to celkom jednoduché. Samotný plyn bičuje okolo galaktického jadra najvyššou rýchlosťou, tvorí hviezdu, hviezda žije, hviezda zomiera a zvyšky sa vracajú späť do plynu dostatočne rýchlo, aby pre všetky zámery a účely napodobňovali pohyb plynu, dávajúc tak nám točivé krivky, ktoré potrebujeme.
Veľké problémy v Malých hviezdach
Ale malé, dlho žijúce hviezdy sú ďalšie šelmy. Oddeľujú sa od plynu, ktorý ich tvoril, a žijú svoje vlastné životy, obiehajú okolo galaktického centra mnohokrát predtým, ako vyprší. A keďže necítia tú zvláštnu novú elektromagnetickú silu, mali by sa jednoducho odnášať úplne od svojich galaxií, pretože ich nič nestráca pod kontrolou.
Ak by bol tento scenár presný a masívne fotóny by mohli nahradiť temnú hmotu, naše vlastné slnko by nemalo byť tam, kde je dnes.
A čo viac, máme veľmi dobrý dôvod sa domnievať, že fotóny sú skutočne bezhmotné. Samozrejme, Maxwellovým rovniciam sa to veľmi nebude starať, ale určite to urobí špeciálna teória relativity a kvantová teória. Začínaš si robiť správy s fotónovou hmotou a musíš toho veľa vysvetliť, pane.
Navyše to, že všetci milujú krivky rotácie galaxie, neznamená, že sú našou jedinou cestou k temnej hmote. Pozorovania zoskupení galaxií, gravitačné šošovky, rast štruktúry vo vesmíre a dokonca aj pozadie kozmického mikrovlnného žiarenia smerujú k nejakému druhu neviditeľnej súčasti nášho vesmíru.
Aj keby mal fotón hmotu, bol schopný nejako vysvetliť pohyby všetko hviezdy v galaxii, nielen tie masívne, nebolo by možné vysvetliť množstvo ďalších pozorovaní (napríklad, ako by mohla nová elektromagnetická sila vysvetliť gravitačné ohýbanie svetla okolo klastra galaxie? Nejde o rétorickú otázku. - nemôže). Inými slovami, aj vo vesmíre naplnenom masívnymi fotónmi by sme stále potrebovali temnú hmotu.
Môžete si prečítať článok v časopise tu.
