يعرف علماء الفلك أن المجرات في الكون تتصرف بشكل سيء. يدور البعض بسرعة كبيرة ، بينما يكون البعض الآخر شديد الحرارة ، ولا يزال البعض الآخر ينزلق إلى الهياكل الفائقة بسرعة كبيرة.
لكنهم لا يعرفون لماذا. ربما جسيم مخفي جديد ، مثل مادة سوداءيمكن أن يفسر الغرابة. أو ربما الجاذبية يعمل على اندماج العناقيد النجمية بطرق لم يتوقعها العلماء أبدًا.
على مدى عقود ، ناقش علماء الفلك الاحتمالات. بينما يعتقد معظم علماء الفلك وجود المادة المظلمة ، لا يزال البعض يعتقد أننا بحاجة إلى تغيير نظريتنا في الجاذبية. ومع ذلك ، فقد وجد بحث جديد عيبًا فادحًا في نظريات الجاذبية المعدلة: فهي تسمح بحدوث التأثيرات دون سبب والمعلومات للانتقال أسرع من سرعة الضوء. إنه أمر سيء … للجاذبية المعدلة.
متعلق ب: أغرب 15 مجرة في عالمنا
قال مارك هيرتزبيرج ، كبير الباحثين وعالم الفيزياء الفلكية في جامعة تافتس ، لموقع Live Science: “يمكن أن يغير هذا المجال البحثي بشكل كبير ، مما يدفعه إلى اتجاهات جديدة نوعًا ما”.
بارد ، لكن ليس شديد البرودة
شيء مضحك يحدث في الكون. على سبيل المثال ، بناءً على ما يتوقعه العلماء بناءً على كتل المجرات ، تدور النجوم حول مراكزها بسرعة كبيرة جدًا ؛ درجة حرارة الغاز داخل مجموعات المجرات عالية جدًا ؛ وقد ظهرت هياكل عظيمة في عالمنا في وقت قريب جدًا.
على المقياسين المجري والكوني ، إما أن فهم الفلكيين لقوة الجاذبية خاطئ تمامًا ، أو أن هناك عنصرًا جديدًا في كوننا يمارس الجاذبية ولكنه غير مرئي بخلاف ذلك. تُعرف هذه الفكرة الأخيرة باسم المادة المظلمة الباردة (CDM) ، وهو الاسم الذي يطلق على شكل افتراضي للمادة غير معروف حتى الآن للفيزياء. “البرد” موجود للإشارة إلى أنه مهما كان الجسيم الغريب مسؤولاً عن المادة المظلمة ، فإنه يتحرك ببطء نسبيًا ، على عكس المادة المظلمة الأخرى المرشحة مثل نيوترينو – مثال على مرشح لجسيمات المادة المظلمة الساخنة.
متعلق ب: أكبر 11 سؤالا بدون إجابة حول المادة المظلمة
“إذا تخلينا عن مبادئ السببية والمحلية ، فهذا يعني أننا غير قادرين أساسًا على تفسير بنية النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات والنسبية العامة.”
مارك هيرتزبيرج ، جامعة تافتس
من خلال ملء المجرات بشكل من المادة غير المرئية للضوء ، فإن فرضية آلية التنمية النظيفة ناجحة للغاية في شرح غالبية ملاحظات المجرات والكون الأكبر. هذا إلى حد بعيد هو التفسير الأكثر شيوعًا لسبب تصرف الكون بالطريقة التي يتصرف بها.
لكن فرضية آلية التنمية النظيفة ليست مثالية. في كلتا الحالتين ، يقع خارج النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، مما يعني أنه ليس لدينا أي فكرة عن ماهيته. أيضًا ، يكافح لشرح شيء يسمى علاقة Tully-Fisher baryonic. تظهر العلاقة المرصودة أن الكتلة الكلية للمادة العادية ، المسماة المادة الباريونية ، في المجرة تتناسب مع القوة الرابعة لسرعة الدوران. لكن نماذج آلية التنمية النظيفة تتنبأ بأن العلاقة يجب أن تكون مع القوة الثالثة ، وتتنبأ بأن المجرات تدور بشكل أبطأ لكمية معينة من الكتلة مما تفعله بالفعل.
ماذا يمكن ان يحدث ايضا؟
الجميع
البديل للفكرة الكاملة لآلية التنمية النظيفة هو فهم معدل للجاذبية. تنتمي أبسط النماذج إلى فئة تسمى MOND ، وهي تعني الديناميكيات النيوتونية المعدلة. تحل هذه النماذج محل الفيزياء النيوتونية (اعتقد القوة = تسريع الكتلة ×) بعلاقات أخرى تتوافق مع معدل دوران النجوم الملحوظ داخل المجرات. على الرغم من أن هذه النماذج كانت شائعة عند اكتشاف المادة المظلمة لأول مرة في السبعينيات والثمانينيات ، إلا أنها لم تأخذ في الاعتبار ملاحظات عناقيد المجرات والكون الأكبر ؛ على هذا النحو ، رفض معظم العلماء فعليًا هذه النماذج.
لكن أوجه القصور في آلية التنمية النظيفة في شرح ديناميكيات المجرة الداخلية توفر فرصة لـ MOND للبقاء على قيد الحياة. إذا أرادت نظرية “العالم” التنافس على مشهد المجرة ، فيجب أن تكون متوافقة مع نظرياتنا الأخرى في الفيزياء ، مثل النظرية الخاصة للنسبية و ميكانيكا الكم. هذا هو بالضبط ما شرع هيرتزبيرج وفريقه في القيام به. تم نشر نتائج دراستهم في مايو في قاعدة بيانات ما قبل الطباعة. arXiv، لذلك لم تخضع الدراسة لمراجعة الأقران.
“الإمكانية الوحيدة للحصول على شيء جديد [within the framework of relativity and quantum mechanics] هو إضافة درجات جديدة من الحرية ، “قال هيرتزبيرج لـ Live Science. بعبارة أخرى ، لكي تعمل نظريات العالم مع الفيزياء المعروفة ، عليك إضافة مجموعة كاملة من الأشياء غير التقليدية إلى النظريات. أثناء فحص هذه الأشياء غير التقليدية ، وجد Hertzerg والمتعاونون “بعض المشاكل النظرية المخفية في هذه المحاولات”.
محلية وسببية
على سبيل المثال ، قام Hertzberg وزملاؤه بفحص ما إذا كانت نظريات MONDian تحمي مبدأين: المكان والسببية. المحلي هو مفهوم أن الأشياء تتأثر مباشرة بمحيطها فقط – لكي يؤثر كائن ما على آخر ، يجب أن ينقل هذا التأثير من خلال شيء مثل القوة التي تتحرك بسرعة محدودة. السببية هي الفكرة البسيطة القائلة بأن كل الأحداث لها سبب.
إذا كانت النظرية تنتهك المكانة و / أو السببية ، فمن غير المرجح أن تتطابق مع نظرياتنا في الفيزياء ، التي تحمي كلا المبدأين.
“إذا تخلينا عن مبادئ السببية والمحلية ، فهذا يعني أننا غير قادرين أساسًا على تفسير بنية النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات والنسبية العامة ، لأن هذه بعض المبادئ المركزية التي تدخل فيه. بناء هذه النظريات في قال هيرتزبيرج. “بعبارة أخرى ، إذا تم كسر السببية بشدة في الطبيعة ، فربما رأيناها بالفعل في إصلاحات مختلفة لفيزياء الجسيمات في المختبر أو في اختبارات الجاذبية في الفضاء.”
بعبارة أخرى ، كان يجب أن نلاحظها الآن.
نظرًا لأن جميع الأدلة المتاحة تشير إلى الحفاظ على المكانة والسببية (على الأقل على المقاييس العيانية) ، فيجب احترامها من قبل أي نظرية جديدة في الفيزياء. وضع فريق الفيزيائيين نظريات MONDian على المحك ووجدوا أنها تحتوي على ميزات تسمح بعدم الموضعية والخطورة. بعبارة أخرى ، إذا كانت نظريات العالم صحيحة ، فمن الممكن أن تحدث الأحداث بدون سبب وأن تنتقل التأثيرات على الفور ، منتهكة الحد الأقصى لسرعة الضوء في الكون.
قال هيرتزبيرج: “نظرًا لأننا وجدنا أن المقترحات الحالية للمادة المظلمة الجديدة جذريًا والنظريات الشبيهة بـ MOND لها شكل من أشكال اللاسببية ، فهذا يشير إلى أنه قد لا يتم دمجها في الفيزياء الأساسية ، على الأقل في شكلها الحالي.
نهاية MOND؟
من الممكن بالفعل أن يتم انتهاك المكان والسببية على نطاق المجرة ، ولكن سيكون من الصعب للغاية التوفيق بين كل ما نعرفه عن الفيزياء.
فيما يتعلق بمستقبل نظريات MONDian ، كما افترض Hertzberg ، “هذا يحفز محاولات بناء فئات من النماذج المماثلة التي تحافظ بطريقة ما على السببية ، ولكن يبدو من الصعب تحقيقها. في مقالتنا ، نوضح فشل الشكل العام لهذه النماذج. اختبارات الاتساق المذكورة أعلاه. “
ومع ذلك ، فإن نموذج “المادة المظلمة الباردة” يكافح لشرح تفاصيل فيزياء المجرات. ولكن يمكن أن تكون هناك أسباب دنيوية أكثر من ذلك بكثير بدلاً من قلب جميع الفيزياء المعروفة. من الصعب جدًا وضع نموذج للطريقة التي تتشكل بها المجرات وتتطور ، ولا نأخذ في الاعتبار جميع العمليات المضطربة حيث تلعب المادة الطبيعية دورًا. ربما سيوفر الفهم الأكثر تعقيدًا للمجرات تفسيرًا لعلاقة Tully-Fisher baryonic المرصودة.
وآلية التنمية النظيفة هي أفضل تفسير لدينا إلى حد بعيد.
قال هيرتزبيرج: “إن الشيء العظيم في MDP هو أنه يمتلك أساسًا نظريًا قويًا ويجتاز جميع اختبارات الاتساق النظري المذكورة أعلاه ، على الرغم من أنه ليس جزءًا من النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات”. «La raison pour laquelle je dis que c’est sur une base solide est qu’il n’y a aucune raison théorique connue pour laquelle il ne devrait pas y avoir de particules stables et neutres dans l’univers qui ne se couplent pas beaucoup لنا. الآن كفكرة رئيسية. “
نُشرت في الأصل على Live Science.
