Jaz bom prvi, ki bom priznal, da ne razumemo temne snovi. Ko na primer pogledamo galaksijo in preštejemo vse vroče žareče koščke, kot so zvezde, plin in prah, dobimo določeno maso. Ko za merjenje mase sploh uporabljamo katero koli drugo tehniko, dobimo veliko večje število. Naravni zaključek je torej, da ni vsa materija v vesolju vroča in žareča. Mogoče nekateri, če je, veste, temen.
Ampak počakajte. Najprej bi morali preveriti matematiko. Ali smo prepričani, da ne gre samo za napačno fiziko?
Podrobnosti o temnih zadevah
Glavni del sestavljanke temne snovi (čeprav zagotovo ni edini, in to bo pomembno v nadaljevanju članka) je v obliki tako imenovanih krivulj vrtenja galaksije. Ko gledamo zvezde, ki se vrtijo okoli središča svojih galaksij, bi se morale tiste, ki se nahajajo dalje od središča, gibati počasneje od tistih, ki so bližje središču. To je zato, ker je večina galaktične mase gneča v jedro, najbolj oddaljene zvezde pa so daleč stran od vseh teh stvari in po preprosti njutonski gravitaciji bi morale slediti počasnim lenobnim orbitam.
Ampak ne
Namesto tega najbolj oddaljene zvezde krožijo tako hitro kot bratranci iz mestnega mesta.
Ker gre za igro gravitacije, obstajata le dve možnosti. Ali imamo napačno napako ali pa obstajajo dodatne nevidne stvari, ki namočijo vsako galaksijo. In kolikor lahko povemo, dobimo gravitacijo zelo, zelo prav (to je že drugi članek), torej bum: temna snov. Nekaj drži te proste zvezde ujete v svojih galaksijah, saj bi se v nasprotnem primeru razletele kot pred milijoni let izven nadzora; ergo, obstaja cel kup stvari, ki jih neposredno ne moremo videti, lahko pa jih posredno zaznamo.
Postane težka
Kaj pa, če to ni samo igra gravitacije? Navsezadnje obstajajo štiri temeljne sile narave: močna jedrska, šibka jedra, gravitacija in elektromagnetizem. Se kdo od njih lahko igra v tej imenitni igro?
Močno jedrsko jedro deluje le na zelo drobnih subatomskih lestvicah, torej je prav. In nikogar ne skrbi šibka jedra, razen v nekaterih redkih razpadih in interakcijah, zato lahko to postavimo tudi na stran. In elektromagnetizem… no, očitno sevanje in magnetno polje igrata vlogo v galaktičnem življenju, vendar sevanje vedno potisne navzven (zato očitno ne bo pomagalo, da se hitro premikajoče se zvezde obdržijo) in galaktična magnetna polja so neverjetno šibka (ne močnejša od milijonto magnetnega polja Zemlje). Torej ... ne gre, kajne?
Tako kot pri vsem, kar je fizika, tudi tu se skriva izjeda. Kolikor lahko rečemo, je foton - nosilec same elektromagnetne sile - popolnoma brez mase. Toda opažanja so opažanja in nič v znanosti ni gotovo znano, sedanje ocene pa maso fotona ne presegajo 2 x 10-24 masa elektrona. Glede na namere in namene je to v bistvu nič za skoraj vse, kar jih zanima. Če pa foton narediČe ima maso, tudi pod to mejo, lahko to na vesolje naredi nekaj zelo smešnih stvari.
Ob prisotnosti mase v fotonu imajo Maxwell-ove enačbe, način, kako razumemo elektriko, magnetizem in sevanje, spremenjeno obliko. V matematiki se pojavijo dodatni izrazi in oblikujejo se novi interakciji.
Lahko to občutite?
Nove interakcije so primerno zapletene in so odvisne od posebnega scenarija. V primeru galaksij je njihovo šibko magnetno polje začelo čutiti nekaj posebnega. Zaradi zapletene in zasukane zasnove magnetnih polj prisotnost ogromnih fotonov spreminja Maxwell-ove enačbe v samo takoj dodati novo privlačno silo, ki je v nekaterih primerih lahko močnejša od gravitacije.
Z drugimi besedami, nova elektromagnetna sila bi lahko obdržala hitro premikajoče se zvezde, tako da bo v celoti odpravila potrebo po temni snovi.
Ampak to ni enostavno. Magnetna polja se vijejo skozi veszvezdni plin galaksije in ne same zvezde. Torej ta sila ne more neposredno udariti na zvezde. Namesto tega mora sila sporočiti tega, in plin mora nekako sporočiti zvezdam, da obstaja novo šerifinsko mesto.
V primeru množičnih kratkotrajnih zvezd je to precej enostavno. Plin se z največjo hitrostjo vrti okoli galaktičnega jedra, tvori zvezdo, zvezda živi, zvezda umre in ostanki se vrnejo v plin dovolj hitro, da za vse namene in namene te zvezde posnemajo gibanje plina, kar daje nam krivulje vrtenja, ki jih potrebujemo.
Velika težava v majhnih zvezdah
Toda majhne, dolgožive zvezde so še ena zver. Odcepijo se od plina, ki jih je ustvaril, in živijo svoje življenje, tako da krožijo okoli galaktičnega središča večkrat, preden se iztečejo. In ker ne čutijo nove čudne elektromagnetne sile, bi se morali v celoti oddaljiti od svojih galaksij, ker jih nič ne spremlja.
V resnici, če bi bil ta scenarij natančen in bi ogromne fotokamere lahko nadomestile temno snov, naše sonce ne bi smelo biti tam, kjer je danes.
Še več, imamo zelo dober razlog, da verjamemo, da so fotoni resnično brez mase. Seveda, Maxwell-ove enačbe morda ne marajo preveč, vendar zagotovo to počneta posebna relativnost in kvantna teorija polja. Začnete se zajebavati z maso fotonov in veliko morate pojasniti, gospod.
Poleg tega, ker vsi ljubijo krivulje vrtenja galaksije, še ne pomeni, da so naša edina pot do temne snovi. Opazovanja galaksijskih grozdov, gravitacijsko leče, rast strukture v vesolju in celo kozmično ozadje mikrovalov kažejo v smeri neke nevidne komponente našega vesolja.
Tudi če je foton imel maso in je znal nekako razložiti gibe vse zvezde v galaksiji, ne le množične, ne bi mogel razložiti množice drugih opazovanj (na primer, kako bi lahko nova elektromagnetna sila razlagala gravitacijsko upogibanje svetlobe okoli grozdne skupine? To ni retorično vprašanje - ne more). Z drugimi besedami, tudi v kozmosu, napolnjenem z ogromnimi fotoni, še vedno potrebujemo temno snov.
Članek revije si lahko preberete tukaj.
