Temná hmota: Přichází revoluce ve fyzice?

Co je temná hmota? Nikdy nebyl pozorován, přesto vědci odhadují, že tvoří 85 % hmoty ve vesmíru. Krátká odpověď je, že nikdo neví, co je temná hmota. Před více než stoletím to lord Kelvin nabídl jako vysvětlení rychlosti hvězd v naší vlastní galaxii. O desítky let později švédský astronom Knut Lundmark poznamenal, že vesmír musí obsahovat mnohem více hmoty, než můžeme pozorovat. Vědci se od 1960. a 70. let minulého století snažili zjistit, co tato záhadná látka je, pomocí stále složitější technologie. Rostoucí počet fyziků však tuší, že odpovědí může být, že nic takového neexistuje temná hmota vůbec.

Příběh

Vědci mohou pozorovat vzdálenou hmotu mnoha způsoby. Zařízení, jako je slavný Hubbleův teleskop, měří viditelné světlo, zatímco jiné technologie, jako jsou radioteleskopy, měří neviditelné jevy. Vědci často tráví roky shromažďováním dat a poté je analyzují, aby dali co největší smysl tomu, co vidí.


S přibývajícími daty bylo zcela jasné, že galaxie se nechovají podle očekávání. Hvězdy na vnějších okrajích některých galaxií se pohybovaly příliš rychle. Galaxie drží pohromadě gravitační síla, která je nejsilnější ve středu, kde je většina hmoty. Hvězdy na vnějších okrajích diskových galaxií se pohybovaly tak rychle, že gravitační síla generovaná tamní pozorovatelnou hmotou by jim nebyla schopna zabránit v odletu do hlubokého vesmíru.

Vědci se domnívali, že v těchto galaxiích musí být přítomno více hmoty, než můžeme v současnosti pozorovat. Něco musí bránit hvězdám odletět a oni tomu nějak říkali temná hmota. Nedokázali ve skutečnosti říci, jaké vlastnosti může mít, kromě toho, že musí mít gravitační přitažlivost a musí jí být docela dost. Ve skutečnosti musí být velká většina vesmíru (ukrutných 85 %) temná hmota. Jinak by se galaxie nemohly udržet tak dlouho, jak se zdá. Rozpadly by se, protože by neexistovala dostatečná gravitace, aby udržela biliony hvězd na místě.

Pokud jde o vědu, problém s něčím, co nemůžete pozorovat, je ten, že je těžké o tom mnoho říci. Protože temná hmota neinteraguje s elektromagnetickou silou – která je zodpovědná za viditelné světlo, rádiové vlny a rentgenové záření – všechny naše důkazy jsou nepřímé. Vědci se pokoušeli přijít na způsoby, jak pozorovat temnou hmotu a dělat předpovědi založené na jejích teoriích, ale bez velkého úspěchu.

Možné řešení

Newtonova teorie gravitace vysvětluje většinu rozsáhlých událostí poměrně dobře. Pomocí Newtonovy teorie lze vysvětlit vše od prvního nadhozu při hře Yankees po pohyby konstelací. Tato teorie však není spolehlivá. Einsteinovy ​​teorie obecné a speciální relativity například vysvětlily data, která Newtonova teorie nedokázala. Vědci stále používají Newtonovu teorii, protože funguje v drtivé většině případů a má mnohem jednodušší rovnice.

Temná hmota byla navržena jako způsob, jak sladit newtonovskou fyziku s daty. Ale co když je místo smíření potřeba modifikovaná teorie. Právě sem vstupuje izraelský fyzik Mordehai Milgrom. Vyvinul teorii gravitace (nazývanou Modified Newtonian Dynamics nebo „Měsíc” krátce) v roce 1982, který předpokládá, že gravitace funguje jinak, když je velmi slabá, například na okraji diskových galaxií.

Jeho teorie není jednoduchá vysvětlit chování galaxií; to předpovídá jim. Problém teorií je v tom, že dokážou vysvětlit téměř cokoliv. Pokud vejdete do místnosti a uvidíte, že jsou rozsvícena světla, můžete vytvořit teorii, že kosmické paprsky ze slunce dopadají na skrytá zrcadla tím správným způsobem, aby rozsvítily místnost. Další teorií může být, že někdo zmáčkl vypínač. Jedním ze způsobů, jak oddělit dobré teorie od špatných, je zjistit, která teorie poskytuje lepší předpovědi.

Nedávná analýza Monda ukazuje, že poskytuje výrazně lepší předpovědi než standardní modely temné hmoty. To znamená, že zatímco temná hmota dokáže chování galaxií vysvětlit docela dobře, má malou prediktivní sílu a je, alespoň v tomto ohledu, podřadnou teorií.


Pouze více dat a debat bude schopno vyrovnat skóre temné hmoty a Monda. Nicméně Mond, který bude přijat jako nejlepší vysvětlení, by rozbil desítky let vědeckého konsenzu a učinil by jeden z nejzáhadnějších rysů vesmíru mnohem normálnějším. Upravená teorie nemusí být tak sexy jako temné, neviditelné síly, ale může mít jen tu výhodu, že je lepší vědou.