Hvað er hulduefni? Er það jafnvel til eða þurfum við bara aðlögun að þyngdaraflskenningunni?
Hvað er hulduefni? Það hefur aldrei sést, samt áætla vísindamenn að það sé 85% af efni alheimsins. Stutta svarið er að enginn veit hvað hulduefni er. Fyrir meira en öld síðan gaf Kelvin lávarður það sem skýringu á hraða stjarna í okkar eigin vetrarbraut. Áratugum síðar benti sænski stjörnufræðingurinn Knut Lundmark á að alheimurinn hlyti að innihalda miklu meira efni en við getum séð. Vísindamenn síðan á sjöunda og áttunda áratugnum hafa reynt að komast að því hvað þetta dularfulla efni er með sífellt flóknari tækni. Hins vegar grunar vaxandi fjölda eðlisfræðinga að svarið geti verið að það sé ekkert til sem heitir dökkt mál yfirleitt.
The Backstory
Vísindamenn geta fylgst með fjarlægu efni á ýmsa vegu. Búnaður eins og hinn frægi Hubble sjónauki mælir sýnilegt ljós á meðan önnur tækni, eins og útvarpssjónaukar, mælir ósýnileg fyrirbæri. Vísindamenn eyða oft árum í að safna gögnum og halda síðan áfram að greina þau til að átta sig sem best á því sem þeir sjá.
Það sem kom berlega í ljós þegar fleiri og fleiri gögn bárust inn var að vetrarbrautir hegðuðu sér ekki eins og búist var við. Stjörnurnar á ystu brúnum sumra vetrarbrauta hreyfðust allt of hratt. Vetrarbrautum er haldið saman af þyngdarkrafti sem er sterkastur í miðjunni þar sem mestur massinn er. Stjörnur á ystu brúnum skífavetrarbrauta hreyfðust svo hratt að þyngdarkrafturinn sem myndast af efninu sem hægt er að sjá þar hefði ekki getað komið í veg fyrir að þær fljúgi út í djúpt geim.
Vísindamenn töldu að það hlyti að vera meira efni í þessum vetrarbrautum en við getum fylgst með. Eitthvað hlýtur að koma í veg fyrir að stjörnurnar fljúgi í burtu, og þeir kölluðu það eitthvað dökkt mál. Þeir gátu í raun ekki sagt hvaða eiginleika það gæti haft nema að það hlýtur að hafa þyngdarkraft og það hlýtur að vera töluvert af því. Reyndar hlýtur mikill meirihluti alheimsins (heill 85%) að vera hulduefni. Annars hefðu vetrarbrautir ekki getað verið eins lengi og þær virðast gera. Þeir hefðu brotnað í sundur vegna þess að það hefði ekki verið nægjanlegt þyngdarafl til að halda trilljónum stjarna á sínum stað.
Þegar kemur að vísindum er vandamálið við eitthvað sem þú getur ekki fylgst með að það er erfitt að segja mikið um það. Vegna þess að hulduefni hefur ekki samskipti við rafsegulkraftinn - sem er ábyrgur fyrir sýnilegu ljósi, útvarpsbylgjum og röntgengeislum - eru öll sönnunargögn okkar óbein. Vísindamenn hafa verið að reyna að finna leiðir til að fylgjast með hulduefni og gera spár byggðar á kenningum um það en án mikils árangurs.
Möguleg lausn
Þyngdarkenning Newtons útskýrir flesta stórviðburði nokkuð vel. Allt frá því að kasta fyrsta vellinum í Yankees leik til hreyfinga stjörnumerkja er hægt að útskýra með kenningu Newtons. Hins vegar er kenningin ekki pottþétt. Kenningar Einsteins um almenna og sérstaka afstæðiskenningu, til dæmis, útskýrðu gögn sem kenning Newtons gæti ekki. Vísindamenn nota enn kenningu Newtons vegna þess að hún virkar í yfirgnæfandi meirihluta tilfella og hefur miklu einfaldari jöfnur.
Myrkt efni var lagt til sem leið til að samræma Newtons eðlisfræði við gögnin. En hvað ef það þarf breytta kenningu í stað sátta. Þetta er þar sem ísraelskur eðlisfræðingur að nafni Mordehai Milgrom kemur inn. Hann þróaði kenningu um þyngdarafl (kölluð Modified Newtonian Dynamics eða "tungl“ í stuttu máli) árið 1982 sem gerir ráð fyrir að þyngdarafl virki öðruvísi þegar það verður mjög veikt, eins og á jaðri skífavetarbrauta.
Kenning hans gerir það ekki einfaldlega útskýra hegðun vetrarbrauta; það spáir þeim. Vandamálið við kenningar er að þær geta útskýrt nánast hvað sem er. Ef þú gengur inn í herbergi og sérð að ljósin eru kveikt geturðu þróað kenningu um að geimgeislar frá sólinni snerti falda spegla á alveg réttan hátt til að lýsa upp herbergið. Önnur kenning gæti verið sú að einhver hafi snúið ljósrofanum. Ein leið til að aðgreina góðar kenningar frá slæmum er að sjá hvaða kenning spáir betur.
Nýleg greining á Mond sýnir að það gerir verulega betri spár en venjuleg hulduefnislíkön. Það sem það þýðir er að þótt hult efni geti skýrt hegðun vetrarbrauta nokkuð vel, hefur það lítinn forspárkraft og er, að minnsta kosti á þessari braut, óæðri kenning.
Aðeins fleiri gögn og umræður munu geta gert upp skorina um hulduefni og Mond. Hins vegar myndi Mond verða samþykktur sem besta skýringin í sundur áratuga vísindasamstöðu og gera einn af dularfyllri eiginleikum alheimsins mun eðlilegri. Breytt kenning er kannski ekki eins kynþokkafull og dimm, óséð öfl, en hún getur bara haft þann kost að vera betri vísindi.
Allt byrjar sem merki ♾️?♾️
Hvað er þá að segja að það eru ekki stór fyrirbæri sem eru utan getu okkar til að greina þá sem beita þyngdarkrafti á vetrarbrautir í alheiminum okkar - sem gæti stutt fjölvísa kenningu - á meðan hulduefni virðist hafa vit í því að fylgjast með hegðun vetrarbrauta - að vera ekki greinanleg með öllum tækjum sem við höfum er grunsamlegast. Síðan er líka erfitt að trúa því að miklihvellur hafi verið upphaf tímarúms- það vekur spurningar hvað var að gerast áður- ekkert? Er okkur ætlað að finna svörin eða verða þau alltaf utan seilingar?
Sannarlega djúp athugasemd! Okkur þætti vænt um að geta vitað það!