Donker materie: kom 'n rewolusie na fisika?

Wat is donker materie? Dit is nog nooit waargeneem nie, tog skat wetenskaplikes dat dit 85% van die materie in die heelal uitmaak. Die kort antwoord is dat niemand weet wat donker materie is nie. Meer as 'n eeu gelede het lord Kelvin dit aangebied as 'n verduideliking vir die snelheid van sterre in ons eie sterrestelsel. Dekades later het die Sweedse sterrekundige Knut Lundmark opgemerk dat die heelal baie meer materie moet bevat as wat ons kan waarneem. Wetenskaplikes het sedert die 1960's en '70's ​​probeer om uit te vind wat hierdie geheimsinnige stof is, met behulp van al hoe meer ingewikkelde tegnologie. ’n Groeiende aantal fisici vermoed egter dat die antwoord dalk is dat daar nie so iets soos donker materie at all.

Die Backstory

Wetenskaplikes kan materie op 'n aantal maniere waarneem. Toerusting soos die bekende Hubble-teleskoop meet sigbare lig terwyl ander tegnologie, soos radioteleskope, nie-sigbare verskynsels meet. Wetenskaplikes spandeer dikwels jare om data in te samel en gaan dan voort om dit te ontleed om die beste sin te maak van wat hulle sien.


Wat baie duidelik geword het namate meer en meer data ingekom het, was dat sterrestelsels nie soos verwag gedra het nie. Die sterre aan die buitenste rande van sommige sterrestelsels het veels te vinnig beweeg. Sterrestelsels word bymekaar gehou deur die swaartekrag, wat die sterkste is in die middel waar die meeste van die massa is. Sterre aan die buitenste rande van skyfsterrestelsels het so vinnig beweeg dat die swaartekrag wat deur die waarneembare materie daar gegenereer word, hulle nie sou kon keer om die diep ruimte in te vlieg nie.

Wetenskaplikes het gedink dat daar meer materie in hierdie sterrestelsels moet wees as wat ons tans kan waarneem. Iets moet die sterre verhoed om weg te vlieg, en hulle het dit iets genoem donker materie. Hulle kon nie regtig sê watter eienskappe dit mag hê nie, behalwe dat dit swaartekrag moet hê, en daar moet heelwat daarvan wees. Trouens, die oorgrote meerderheid van die heelal ('n yslike 85%) moet donker materie wees. Andersins sou sterrestelsels nie so lank kon bly bly soos wat dit lyk of hulle doen nie. Hulle sou opgebreek het, want daar sou nie genoeg swaartekrag gewees het om die triljoene sterre in plek te hou nie.

Wanneer dit by wetenskap kom, is die probleem met iets wat jy nie kan waarneem nie dat dit moeilik is om veel daaroor te sê. Omdat donker materie nie interaksie het met die elektromagnetiese krag nie - wat verantwoordelik is vir sigbare lig, radiogolwe en x-strale - is al ons bewyse indirek. Wetenskaplikes het probeer om maniere uit te vind om donker materie waar te neem en voorspellings te maak gebaseer op teorieë daaroor, maar sonder veel sukses.

'N Moontlike oplossing

Newton se teorie van swaartekrag verduidelik die meeste grootskaalse gebeure redelik goed. Alles van die gooi van die eerste toonhoogte by 'n Yankees-wedstryd tot die bewegings van konstellasies kan met behulp van Newton se teorie verduidelik word. Die teorie is egter nie onfeilbaar nie. Einstein se teorieë van algemene en spesiale relatiwiteit het byvoorbeeld data verduidelik wat Newton se teorie nie kon nie. Wetenskaplikes gebruik steeds Newton se teorie omdat dit in die oorweldigende meerderheid van gevalle werk en baie eenvoudiger vergelykings het.

Donker materie is voorgestel as 'n manier om Newtonse fisika met die data te versoen. Maar wat as, in plaas van versoening, 'n gewysigde teorie nodig is. Dit is waar 'n Israeliese fisikus genaamd Mordehai Milgrom 'n ingang maak. Hy het 'n teorie van swaartekrag ontwikkel (genoem Modified Newtonian Dynamics of "Maan” in 1982 wat swaartekrag postuleer funksioneer anders wanneer dit baie swak word, soos aan die rand van skyfsterrestelsels.

Sy teorie nie eenvoudig nie verduidelik die gedrag van sterrestelsels; Dit voorspel hulle. Die probleem met teorieë is dat hulle omtrent enigiets kan verduidelik. As jy by 'n kamer instap en sien dat die ligte aan is, kan jy 'n teorie ontwikkel dat kosmiese strale van die son versteekte spieëls net op die regte manier tref om die vertrek te verlig. Nog 'n teorie kan wees dat iemand die ligskakelaar gedraai het. Een manier om goeie teorieë van slegtes te skei, is om te sien watter teorie beter voorspellings maak.

Onlangse ontleding van Mond toon dat dit aansienlik beter voorspellings maak as standaard donkermateriemodelle. Wat dit beteken, is dat hoewel donker materie die gedrag van sterrestelsels redelik goed kan verduidelik, dit min voorspellende krag het en ten minste op hierdie front 'n minderwaardige teorie is.


Slegs meer data en debat sal die telling oor donker materie en Mond kan bepaal. Mond wat egter as die beste verduideliking aanvaar word, sal dekades se wetenskaplike konsensus verpletter en een van die meer geheimsinnige kenmerke van die heelal baie meer normaal maak. ’n Gewysigde teorie is dalk nie so sexy soos donker, onsigbare magte nie, maar dit kan net die voordeel hê dat dit beter wetenskap is.