Преосмислянето на пространство-времето може да позволи да премахнем тъмната материя

Ваня Милева Последна промяна на 14 март 2024 в 00:00 19047 0

Постквантовата гравитация може да обясни скоростта на въртене на галактиките, а последното обикновено се разглежда като доказателство за тъмна материя.

Кредит ESA/Hubble & NASA
Постквантовата гравитация може да обясни скоростта на въртене на галактиките, а последното обикновено се разглежда като доказателство за тъмна материя.

Повечето физици смятат, че само една квантова теория на гравитацията може напълно да обясни загадките на Вселената като тъмната материя, но сега една идея, наречена "постквантова гравитация", демонстрира алтернативен подход. 

Постквантовата гравитация може да обясни скоростта на въртене на галактиките, а последното обикновено се разглежда като доказателство за тъмна материя.

Потенциална нова теория за гравитацията, която нагърчва тъканта на Вселената, позволявайки на пространството и времето да се променят хаотично, може да разреши някои от най-големите загадки във физиката и да премахне нуждата от тъмна материя, казват нейните поддръжници. Специалистите обаче казват, че са необходими много повече доказателства, преди тази "постквантова гравитация" да може да бъде взета на сериозно.

Повечето космолози смятат, че вещество, наречено тъмна материя, съставлява около 85% от материята във Вселената, въпреки че никога не сме го виждали директно след десетилетия на търсене. Вместо това, неговото присъствие е изведено от необичайни астрономически наблюдения, като галактики, въртящи се по-бързо, отколкото би трябвало според теорията за гравитацията на Алберт Айнщайн, или малките флуктуации в космическото микровълново фоново (CMB) лъчение, което не може да се обясни само с гравитацията на материята, която виждаме във Вселената.

Сега Джонатан Опенхайм (Jonathan Oppenheim) от Университетския колеж в Лондон и неговите колеги заявяват, че тяхната нова концепция за гравитацията може да обясни по-бързото от очакваното въртене на галактиките без тъмна материя.

Много усилия за обяснение на Вселената се съсредоточават върху разработването на теория за квантовата гравитация, която обединява нашето разбиране за квантовата механика и гравитацията, които се разпадат при опит да разберем екстремни обекти като черни дупки, но Опенхайм използва различен подход. В неговата "постквантова гравитация"  обикновената материя все още е подчинена на правилата на квантовата механика, но пространство-времето остава неквантово или класическо, като в същото време може лекичко да се колебае произволно.

Опенхайм и колегите му работят върху тази идея от известно време, но сега са направили два ключови пробива. Първият е да покаже, че работи във всички мащаби на дължина от квантовата до космическата, тест, който всяка потенциална теория за квантовата гравитация трябва да премине. Те също така са изчислили как гравитацията би действала за много слаби гравитационни сили и в големи мащаби, като например във външните въртящи се ръкави на галактиките, използвайки математически минструменти, заимствани от квантовата механика. Те откриват, че силите на гравитацията, действащи далеч от галактическите центрове, биха съвпаднали с това, което се вижда от наблюдаваните скорости на въртене на външните галактики.

"Това е най-обещаващата нова идея, която съм чувал от известно време", коментира Стейси Макгау (Stacy McGaugh) от университета Case Western Reserve в Охайо. Но много физици биха ѝ обърнали внимание, само ако започнат да виждат проблеми с текущия работещ модел на Вселената, който приема тъмната материя за реална, отбелязва Макгау.

Идеята може да работи и в тандем с друга алтернатива на тъмната материя, наречена модифицирана нютонова динамика (MOND). Тя модифицира математиката на Нютоновата механика, за да възпроизведе явления като бързо въртене на галактиките, но не предлага физическо обяснение за тази модификация.

"Тази теория може да осигури основата за MOND и това е наистина необходимо“, подчертава Макгау.

Има обаче и други наблюдения, които постквантовата гравитация също ще трябва да се възпроизведе, преди да бъде взета на сериозно от физиците, посочва Малкълм Феърбейрн  (Malcolm Fairbairn) от Кралския колеж в Лондон, като например фините флуктуации в космическия реликтов микровълнов фон, които очевидно предоставят моментна снимка на това как не само материята, но и тъмната материя са били разпространени в първите мигове на Вселената.

Има някои намеци, че това може да е възможно, но "все още е много, много рано", смята Андрю Понтцен (Andrew Pontzen) от Университетския колеж в Лондон, който е работил по идеята с Опенхайм, но не е участвал в скорошното изследване.

"Изчисленията, които са направени досега, са обнадеждаващи, но те са много елементарни и има много неща, които могат да се объркат."

Заедно със скоростите на въртене на галактиките и сигналите на космическия микровълнов фон, Опенхайм ще трябва да покаже и защо галактиките в галактическите клъстери се движат по-бързо, отколкото би трябвало според това колко маса можем да наблюдаваме.

"Докато не могат да направят тези три неща, не е още време за шампанското“, отбелязва Феърбърн.

На този етап критиците на постквантовата гравитация остават неубедени. През 2022 г. Опенхайм направи залог с физика Карло Ровели (Carlo Rovelli) дали пространство-времето е квантово или не, при коефициент 5000:1. Ровели посочва, че тази нова работа не е променила възгледа му.

Джеф Пенингтън (Geoff Penington) от Калифорнийския университет в Бъркли, който също участва и ръководи облога, коментира:

"Мисля, че е добре, че физиците изследват голямо разнообразие от подходи към много трудни проблеми като комбинирането на квантовата механика с гравитацията. Лично аз не смятам, че този конкретен подход вероятно ще бъде правилният. Няма нищо ново в последните статии, което да ме накара да променя тази оценка."

Справка:

Anomalous contribution to galactic rotation curves due to stochastic spacetime, Jonathan Oppenheim, Andrea Russo, https://arxiv.org/abs/2402.19459

Renormalisation of postquantum-classical gravity, Andrzej Grudka, Jonathan Oppenheim, Andrea Russo, Muhammad Sajjad, https://arxiv.org/abs/2402.17844

Източник: Rethinking space and time could let us do away with dark matter, Alex Wilkins, New Scientist

Какво знаем за тъмната материя

На първо място, без никакво съмнение, тъмна материя съществува.

Заключението за съществуването на тъмна материя е направено въз основа на многобройни, съгласуващи се един с друг, макар и косвени признаци в поведението на астрофизичните обекти и по създаваните от тях гравитационни ефекти. С бързото развитие на възможностите за астрономически наблюдения от 1960 г. насам броят на аргументите за съществуването на тъмна материя бързо се разраства:

  • Скоростта на движение на звездите не намалява по краищата на галактиките и това е типичната ситуация във Вселената. Според небесната механика скоростта на въртящите се звезди около центъра на галактиката трябва да намалява обратно пропорционално на разстоянието им до центъра (вляво горе). В реалните галактики скоростта остава почти постоянна. Това означава, че галактиката всъщност съдържа допълнително голяма маса невидимо вещество или "галактическо хало" (вдясно).
  • При изследване на движението на спътниците на галактиките и близко разположени звездни купове, е потвърдено, че общата маса на всяка галактика е няколко пъти масата на нейните звезди.
  • Проучено е движението на двойни системи галактики и галактичните купове. Оказа се, че в такива мащаби делът на тъмната материя е много по-висок, отколкото вътре в галактиките. 
  • Звездната маса на елиптичните галактики, според оценките на астрофизиците, не е достатъчна, за да задържи горещия газ в галактиката, ако не се вземе предвид тъмната материя. 
  • Гравитационните лещи представляват изкривяване на светлината от далечни галактики, което се създава от масата на галактичен куп на преден план. Гравитационните лещи дават възможност за оценка на масата на галактичните купове. Получените резултати демонстрират приноса на тъмната материя при несъответствието между наблюдаваната материя и изчислената маса.

Силни гравитационни лещи в Abell 1689, наблюдавани от космическия телескоп Хъбъл (виждат се дъгите образувани от лещите). От изкривяването, може да се определи разпределението на масата и несъответствието между наблюдаваната материя и определената маса. Източник NASA/ESA.

  • Общата теория на относителността еднозначно свързва скоростта на разширяване на Вселената със средната плътност на материята. Ако приемем, че средната кривина на пространството е нула, т.е. действа Евклидовата геометрия, а не тази на Лобачевски, което надеждно е проверено в експерименти с реликтовото лъчение, плътността трябва да бъде равна на 10-29 грама на кубичен сантиметър. Плътността на видимата материя е около 20 пъти по-малка. Липсващите 95% от масата на Вселената е тъмната материя. 
Виж още за:
Най-важното
Всички новини

Още от Физика

Коментари

За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !