Бићу први који ће признати да не разумемо тамну материју. На пример, када посматрамо галаксију и бројимо све блиставе вруће делове попут звезда, гаса и прашине, добили смо одређену масу. Када користимо било коју другу технику за мерење масе, добијамо много већи број. Дакле, природни закључак је да није сва материја у свемиру врућа и блистава. Можда неки ако је, знате, мрачан.
Али чекај. Прво би требало да проверимо математику. Јесмо ли сигурни да погрешно схваћамо не само физику?
Детаљи тамне материје
Главни комад слагалице од тамне материје (иако сигурно није једини, а то ће бити важно касније у чланку) долази у облику такозваних ротационих кривуља. Док гледамо како се звезде окрећу у ротацији око средишта својих галаксија, по свим правима оне даље од центра требале би се кретати спорије од оних које су ближе центру. То је зато што се већина галактичке масе гужва у језгри, а најудаљеније звезде су далеко од свих тих ствари, а једноставном њутонском гравитацијом требало би да прате спора ледена орбита.
Али они не
Уместо тога, најудаљеније звезде круже једнако брзо као и њихови рођаци из града.
Пошто је ово игра гравитације, постоје само две могућности. Или погрешно схватамо гравитацију, или имамо додатне невидљиве ствари које натапају сваку галаксију. И колико можемо рећи, добијамо гравитацију веома, врло тачно (то је други чланак), тако да бум: тамна материја. Нешто држи ове слободоумне звезде заробљене у својим галаксијама, у супротном би излетеле као милиони година ван контроле ван сваке контроле; ерго, постоји читава гомила ствари које не можемо директно видети, али можемо индиректно открити.
Геттинг Хеави
Али шта ако ово није само гравитација? На крају, постоје четири основне природне силе: јака нуклеарна, слаба нуклеарна, гравитација и електромагнетизам. Да ли неко од њих мора да игра у овој сјајној галактичкој игри?
Јака нуклеарна енергија делује само на ситним ситним субатомским размерама, тако да је тачно. А никога није брига за слабу нуклеарну струју осим у одређеним ретким распадима и интеракцијама, па то можемо и ставити на страну. И електромагнетизам ... Па, очигледно зрачење и магнетно поље играју улогу у галактичком животу, али зрачење увек гура према напољу (тако да очигледно неће помоћи да се звезде које се брзо крећу обуздане) а галактичка магнетна поља су невероватно слаба (не јача од милионити део магнетног поља Земље). Дакле ... не иди, зар не?
Као и код свега у физици, и ту се скрива излаз. Колико знамо, фотон - носилац саме електромагнетне силе - потпуно је без маси. Али запажања су запажања и ништа се у науци не зна сигурно, а тренутне процене постављају масу фотона на не више од 2 к 10-24 маса електрона. За све намере и сврхе, ово је у основи нула за готово све о чему се тиче. Али ако је фотон чиниАко има масу, чак и испод ове границе, то може учинити неке прилично смешне ствари према универзуму.
Уз присуство масе у фотону, Маквелл-ове једнаџбе, начин на који разумемо струју, магнетизам и зрачење, попримају модификован облик. Додатни појмови појављују се у математици и постају нове интеракције.
Можете ли то осетити?
Нове интеракције су прикладно компликоване и зависе од одређеног сценарија. У случају галаксија, њихово слабо магнетно поље почиње да осећа нешто посебно. Због испреплетеног и увијеног изгледа магнетних поља, присуство масивних фотона модификује Маквелл-ове једначине у само одмах додати нову атрактивну силу која у неким случајевима може бити и јача од гравитације.
Другим речима, нова електромагнетна сила могла би бити у стању да држи звезде које се брзо крећу, у потпуности уклањајући потребу за тамном материјом.
Али то није лако Магнетна поља сежу у унутрашњост звездастог гаса галаксије, а не саме звезде. Тако да ова сила не може директно да опали на звезде. Уместо тога, сила мора да се повуче према тегасу, и некако гас мора да обавести звезде да постоји нови шерифински град.
У случају масивних, краткотрајних звијезда, ово је прилично једноставно. Сам гас се врти око галактичког језгра највећом брзином, формира звезду, звезда живи, звезда умире, а остаци се враћају у гас довољно брзо да за све намере и сврхе те звезде опонашају кретање гаса, дајући криве ротације које су нам потребне.
Велика невоља у малим звездама
Али мале, дугоживе звезде су друга звер. Они се одвајају од гаса који их је створио и живе сопственим животима, орбитирајући око галактичког центра много пута пре него што истекну. А пошто не осећају необичну нову електромагнетну силу, оне би се требале потпуно удаљити од својих галаксија, јер их ништа не држи под контролом.
Дапаче, ако би овај сценарио био тачан и масивни фотонаписи могли би заменити тамну материју, наше сопствено сунце не би требало бити тамо где је данас.
Штавише, имамо веома добар разлог да верујемо да су фотони заиста безмаси. Наравно, Маквелл-ове једнаџбе можда не сметају много, али то сигурно раде посебна релативност и теорија квантног поља. Почињеш да се мијешаш са фотонском масом и имаш пуно тога да објасниш, господине.
Осим тога, зато што сви воле кривуље ротације галаксије не значи да су нам једини пут до тамне материје. Галаксије опажају, гравитациона сочива, раст структуре у свемиру, па чак и космичка микроталасна позадина усмеравају у правцу неке невидљиве компоненте нашег универзума.
Чак и ако је фотон имао масу, и био је у стању објаснити потезе све звијезде у галаксији, а не само оне масивне, то не би било у стању објаснити мноштву других опажања (на примјер, како нова електромагнетна сила може објаснити гравитационо савијање свјетлости око галаксије? То није реторичко питање - не може). Другим речима, чак и у космосу испуњеном огромним фотонима, и даље би нам требала тамна материја.
Можете прочитати чланак у часопису овде.
