Тъмната материя: Невидима реалност или космическа илюзия
3762 прегледа
0 Коментара
Една от най-големите загадки, дори за съвременната астрофизика, си остава тъмната материя
Звездното небе е обсипано с множество малки „светлинки“ и галактики. Всички небесни тела извършват движението си в резултат на основното взаимодействие в природата – гравитацията. Коя е невидимата част, в която е потопен целият Космос, никой не може да каже категорично.
Дали изобщо тъмната материя съществува или сме изправени пред една илюзия?
С риск да бъде оспорена Общата теория на относителността на Айнщайн (ОТО), холандският физик проф. Ерик Верлинде, допуска именно второто. Според неговите предположения ние имате погрешно разбиране за гравитационното взаимодействие.
В стремежа си да обясни произхода на гравитацията, холандският учен счита, че ОТО не разкрива как веществото влияе върху пространство-времето, а само предлага описание на начина, по който действа гравитацията.
Днес квантовата механика може да разкаже всичко за случващото се в субатомния свят, както и в останалите три фундаментални обмена в природата – електромагнетизма, силното и слабото ядрено взаимодействие. Гравитацията обаче й се изплъзва. ОТО и квантовата механика имат коренно различни представи за реалността. Според Общата теория би могло да се посочи къде се намират частиците и как се движат, докато квантовата механика показва, че това е напълно невъзможно. Опитите на учените през последните десетилетия да съберат двете в едно уравнение не водят до никъде и задачата все още стои неразрешена.
Проф. Верлинде решава да търси връзка между гравитацията и термодинамиката, науката за топлинните процеси. Според него може би тук се крие ключът за новия поглед към гравитацията. В миналото се е смятало, че температурата е фундаментално свойство на веществото, но по-късно става ясно, че топлината се дължи на сблъсъците между милионите частици, изграждащи веществото. Когато атомите и молекулите се движат по-бързо, тяхната енергия е по-голяма и обектът е по-горещ. Накратко, температурата е характеристика, която възниква в резултат от други свойства.
Вероятно гравитацията, като основна сила в природата, не съществува, а е следствие, което се дължи на ентропията на безкрайните пространствено-времеви области на Планк (кръстени на един от основателите на квантовата механика, немския физик Макс Планк). Ентропията представлява мярката за различните начини, по които могат да бъдат пренаредени съставните частици на обектите, без да се нарушава външният им вид.
Верлинде публикува своите изводи в статия, която пропагандира идеята, че гравитацията не е фундаментално взаимодействие в природата. Повечето от колегите му са скептични към теорията му, която той трябва да докаже с факти, подлежащи на експериментална проверка. Той буквално казва, че гравитацията не съществува...
Трима са астрономите, които имат принос за първите индикации за съществуването на тъмната материя: Холандците Якобус Каптейн, Ян Оорт и швейцарецът, роден във Варна, Фриц Цвики. Цвики изследва галактичния куп „Косите на Вероника“ и стига до извода, че той трябва да е минимум 400 пъти по-масивен, отколкото изглежда.
Работата на астрономите Вера Рубин и Кент Форд върху кривите на въртене на галактиките също има принос в тази посока.
Следвайки Нютоновия закон за гравитацията, по-отдалечените от центъра звезди, трябва да обикалят в орбита по-бавно в сравнение с по-близко разположените. След определено отстояние обаче ефектът се изпарява. Може би причина за това е количеството невидима материя, която обгръща галактиките. Съставът й не може да се обясни чрез стандартния модел на физиката на частиците.
Аномалията при кривите на въртене на галактиките би могла да се опише не само с тъмно въртене, според един интересен факт, открит на следващ етап. Предполага се, че Нютоновият закон за гравитацията не описва съвсем точно движението на звездите далеч от галактичния център. Тя трябва да бъде допълнена, защото съществува и така нареченото критично ускорение, смятат изследователите в сферата на този дял от науката. Колкото и малко да е отклонението, тогава нуждата от въвеждане на тъмна материя отпада.
Една нова загадка, която замества друга. Нямаме обяснение на какво се дължи споменатото критично ускорение, макар според Верлинде, тук приложима е неговата теория за възникващата гравитация. Той говори за ефекта, който цялата Вселена има върху основната първопричина за гравитацията – ентропията.
Ентропията на черните дупки се увеличава пропорционално на площта им, както гласят теориите на Нютон и на Айнщайн. Ако разгледаме космологичните мащаби на Вселената, ситуацията значително се променя, а причината се крие в тъмната енергия. Астрономите подозират за нейното съществуване още в края на миналия век, докато правят изследвания на избухванията на някои свръхнови.
Тъмната енергия може да е причина за ускорението на разширението на пространство-времето на Вселената, но нейният произход остава неясен. Съгласно изчисленията на проф. Верлинде, тъмната енергия причинява нарастване на ентропията с обема, а не с площта, което влияе на поведението на гравитацията в космологичен мащаб. От тук идва критичното ускорение, което създава илюзията за тъмната материя в Космоса. Така разбираме и защо все още не сме открили градивните й частици.
По-нови изследвания на далечните галактики свидетелстват в подкрепа на тази теория. Налице са и някои проблеми, които възникват в процеса на наблюдения и разсъждения.
Един от съществените въпроси е защо количеството тъмна материя, необходимо за обяснение на кривите на въртене на галактиките, съвпада точно с количеството, което обяснява наблюденията на ранната Вселена.
Може да се приеме, че тъмната материя все пак съществува, но неоспорими доказателства за нея не са открити. До натъкването на пълно решение ще мине доста време, за да могат всички експерименти накуп да се свържат в една цялостна теория, която да може да обясни космологичната еволюция на Вселената. Изправени сме пред един революционен подход за разбирането й, но идеите търпят развитие и многобройни изследвания, за да се стигне до обобщено и по-категорично становище по засегнатите теми.
Звездното небе е обсипано с множество малки „светлинки“ и галактики. Всички небесни тела извършват движението си в резултат на основното взаимодействие в природата – гравитацията. Коя е невидимата част, в която е потопен целият Космос, никой не може да каже категорично.
Дали изобщо тъмната материя съществува или сме изправени пред една илюзия?
С риск да бъде оспорена Общата теория на относителността на Айнщайн (ОТО), холандският физик проф. Ерик Верлинде, допуска именно второто. Според неговите предположения ние имате погрешно разбиране за гравитационното взаимодействие.
Новата теория за гравитацията
В стремежа си да обясни произхода на гравитацията, холандският учен счита, че ОТО не разкрива как веществото влияе върху пространство-времето, а само предлага описание на начина, по който действа гравитацията.
Днес квантовата механика може да разкаже всичко за случващото се в субатомния свят, както и в останалите три фундаментални обмена в природата – електромагнетизма, силното и слабото ядрено взаимодействие. Гравитацията обаче й се изплъзва. ОТО и квантовата механика имат коренно различни представи за реалността. Според Общата теория би могло да се посочи къде се намират частиците и как се движат, докато квантовата механика показва, че това е напълно невъзможно. Опитите на учените през последните десетилетия да съберат двете в едно уравнение не водят до никъде и задачата все още стои неразрешена.
Проф. Верлинде решава да търси връзка между гравитацията и термодинамиката, науката за топлинните процеси. Според него може би тук се крие ключът за новия поглед към гравитацията. В миналото се е смятало, че температурата е фундаментално свойство на веществото, но по-късно става ясно, че топлината се дължи на сблъсъците между милионите частици, изграждащи веществото. Когато атомите и молекулите се движат по-бързо, тяхната енергия е по-голяма и обектът е по-горещ. Накратко, температурата е характеристика, която възниква в резултат от други свойства.
Вероятно гравитацията, като основна сила в природата, не съществува, а е следствие, което се дължи на ентропията на безкрайните пространствено-времеви области на Планк (кръстени на един от основателите на квантовата механика, немския физик Макс Планк). Ентропията представлява мярката за различните начини, по които могат да бъдат пренаредени съставните частици на обектите, без да се нарушава външният им вид.
Верлинде публикува своите изводи в статия, която пропагандира идеята, че гравитацията не е фундаментално взаимодействие в природата. Повечето от колегите му са скептични към теорията му, която той трябва да докаже с факти, подлежащи на експериментална проверка. Той буквално казва, че гравитацията не съществува...
Мистериозната тъмна материя
Трима са астрономите, които имат принос за първите индикации за съществуването на тъмната материя: Холандците Якобус Каптейн, Ян Оорт и швейцарецът, роден във Варна, Фриц Цвики. Цвики изследва галактичния куп „Косите на Вероника“ и стига до извода, че той трябва да е минимум 400 пъти по-масивен, отколкото изглежда.
Работата на астрономите Вера Рубин и Кент Форд върху кривите на въртене на галактиките също има принос в тази посока.
Следвайки Нютоновия закон за гравитацията, по-отдалечените от центъра звезди, трябва да обикалят в орбита по-бавно в сравнение с по-близко разположените. След определено отстояние обаче ефектът се изпарява. Може би причина за това е количеството невидима материя, която обгръща галактиките. Съставът й не може да се обясни чрез стандартния модел на физиката на частиците.
Аномалията при кривите на въртене на галактиките би могла да се опише не само с тъмно въртене, според един интересен факт, открит на следващ етап. Предполага се, че Нютоновият закон за гравитацията не описва съвсем точно движението на звездите далеч от галактичния център. Тя трябва да бъде допълнена, защото съществува и така нареченото критично ускорение, смятат изследователите в сферата на този дял от науката. Колкото и малко да е отклонението, тогава нуждата от въвеждане на тъмна материя отпада.
Модифицирана Нютонова динамика
Една нова загадка, която замества друга. Нямаме обяснение на какво се дължи споменатото критично ускорение, макар според Верлинде, тук приложима е неговата теория за възникващата гравитация. Той говори за ефекта, който цялата Вселена има върху основната първопричина за гравитацията – ентропията.
Ентропията на черните дупки се увеличава пропорционално на площта им, както гласят теориите на Нютон и на Айнщайн. Ако разгледаме космологичните мащаби на Вселената, ситуацията значително се променя, а причината се крие в тъмната енергия. Астрономите подозират за нейното съществуване още в края на миналия век, докато правят изследвания на избухванията на някои свръхнови.
Тъмната енергия може да е причина за ускорението на разширението на пространство-времето на Вселената, но нейният произход остава неясен. Съгласно изчисленията на проф. Верлинде, тъмната енергия причинява нарастване на ентропията с обема, а не с площта, което влияе на поведението на гравитацията в космологичен мащаб. От тук идва критичното ускорение, което създава илюзията за тъмната материя в Космоса. Така разбираме и защо все още не сме открили градивните й частици.
По-нови изследвания на далечните галактики свидетелстват в подкрепа на тази теория. Налице са и някои проблеми, които възникват в процеса на наблюдения и разсъждения.
Един от съществените въпроси е защо количеството тъмна материя, необходимо за обяснение на кривите на въртене на галактиките, съвпада точно с количеството, което обяснява наблюденията на ранната Вселена.
Може да се приеме, че тъмната материя все пак съществува, но неоспорими доказателства за нея не са открити. До натъкването на пълно решение ще мине доста време, за да могат всички експерименти накуп да се свържат в една цялостна теория, която да може да обясни космологичната еволюция на Вселената. Изправени сме пред един революционен подход за разбирането й, но идеите търпят развитие и многобройни изследвания, за да се стигне до обобщено и по-категорично становище по засегнатите теми.
