Budu první, kdo připouští, že nerozumíme temné záležitosti. Například, když se podíváme na galaxii a spočítáme všechny horké zářící kousky jako hvězdy a plyn a prach, dostaneme určitou hmotnost. Když použijeme jakoukoli jinou techniku k měření hmotnosti, dostaneme mnohem vyšší počet. Takže přirozeným závěrem je, že ne všechno ve vesmíru je vše horké a zářivé. Možná někteří, pokud to je, víte, tmavé.
Ale vydrž. Nejprve bychom měli zkontrolovat naši matematiku. Jsme si jisti, že se nám jen nedaří nějaká fyzika?
Podrobnosti o temné záležitosti
Hlavní kousek skládačky temné hmoty (i když rozhodně ne jediný, a to bude důležité dále v tomto článku) přichází ve formě tzv. Křivek rotace galaxií. Když sledujeme, jak se hvězdy otáčejí kolem středu jejich galaxií, podle všeho by se ty, které se nacházejí dále od středu, měly pohybovat pomaleji než ty, které jsou blíže středu. Důvodem je to, že většina galaktické hmoty je nahromaděna v jádru a nejvzdálenější hvězdy jsou daleko od všech těch věcí a jednoduchou newtonovskou gravitací by měly následovat pomalé líné dráhy.
Ale ne.
Místo toho obíhají nejvzdálenější hvězdy stejně rychle jako jejich bratranci ve městě.
Protože se jedná o hru gravitace, existují pouze dvě možnosti. Buď se mýlíme gravitací, nebo jsou tu další neviditelné věci namočené v každé galaxii. A pokud můžeme říct, dostáváme gravitaci velmi, velmi správně (to je další článek), takže boom: temná hmota. Něco udržuje tyto volné hvězdy uvězněné v jejich galaxiích, jinak by se vyhodili jako neskutečné kolotoč před miliony let; ergo, existuje spousta věcí, které nemůžeme přímo vidět, ale můžeme je detekovat nepřímo.
Těžký
Ale co když to není jen gravitační hra? Koneckonců existují čtyři základní přírodní síly: silná jaderná energie, slabá jaderná energie, gravitace a elektromagnetismus. Dostane se někdo z nich v této skvělé hře hrát?
Silná jaderná energie funguje pouze v maličkých subatomických měřítcích, takže je to hned na místě. A nikdo se nestará o slabé jaderné energie, s výjimkou určitých vzácných rozpadů a interakcí, takže to můžeme dát stranou. A elektromagnetismus… dobře, očividně záření a magnetická pole hrají roli v galaktickém životě, ale záření vždy tlačí ven (takže zjevně nebude pomáhat udržovat rychle se pohybující hvězdy v rein) a galaktická magnetická pole jsou neuvěřitelně slabá (ne silnější než miliontina magnetického pole Země). Takže ... ne, jo?
Stejně jako ve fyzice je i tu záludná cesta. Pokud víme, foton - nosič samotné elektromagnetické síly - je zcela bezhmotný. Ale pozorování jsou pozorování a věda ve vědě je jistá a současné odhady staví hmotnost fotonu na ne více než 2 x 10-24 hmotnost elektronu. Pro všechny záměry a účely je to v podstatě nula pro téměř vše, o co se někdo stará. Ale pokud je foton anomít hmotnost, dokonce pod tímto limitem, může dělat docela pěkné věci pro theivers.
S přítomností hmoty ve fotonu, Maxwellovy rovnice, způsob, jakým chápeme elektřinu, magnetismus a záření, nabývají modifikované formy. V matematice se objevují další termíny a vznikají nové interakce.
Cítíš to?
Nové interakce jsou vhodně komplikované a závisí na konkrétním scénáři. V případě galaxií se jejich slabé magnetické pole začne cítit trochu zvláštně. Vzhledem k zamotanému a zkroucenému vzestupu magnetických polí modifikuje přítomnost masivních fotonů Maxwellovy rovnice v prostě správná cesta k přidání nové přitažlivé síly, která v některých případech může být silnější než gravitace sama.
Jinými slovy, nová elektromagnetická síla by mohla být schopna udržet v pohybu rychle se pohybující hvězdy, čímž se zcela zbavila potřeby temné hmoty.
Ale to není snadné. Magnetická pole se protínají mezihvězdným plynem galaxie, ne samotnými hvězdami. Tato síla tedy nemůže přímo táhnout na hvězdy. Místo toho si musí síla dát najevo, že je to thegas, a plyn musí nějakým způsobem informovat hvězdy, že existuje nové město šerifů.
V případě masivních hvězd s krátkou životností je to docela jednoduché. Samotný plyn bičuje kolem galaktického jádra nejvyšší rychlostí, vytváří hvězdu, hvězdu žije, hvězda umírá a zbytky se vracejí k plynu dostatečně rychle, že pro všechny záměry a účely tyto hvězdy napodobují pohyb plynu a dávají nám rotační křivky, které potřebujeme.
Velké potíže v Malých hvězdách
Ale malé, dlouho žijící hvězdy jsou další šelma. Odpojí se od plynu, který je tvořil, a žijí vlastní životy, obíhají kolem galaktického centra mnohokrát, než vyprší. A protože necítí tu podivnou novou elektromagnetickou sílu, měli by se prostě úplně odklonit od svých galaxií, protože nic je nezachovává pod kontrolou.
Pokud by tento scénář byl přesný a masivní fotony by mohly nahradit temnou hmotu, naše vlastní slunce by nemělo být tam, kde je dnes.
A co víc, máme velmi dobrý důvod se domnívat, že fotony jsou skutečně bezhmotné. Jistě, Maxwellovým rovnicím se to moc nestará, ale určitě ano speciální relativita a kvantová teorie pole. Začnete si s fotonovou hmotou pohrávat a máte toho hodně vysvětlit, pane.
Navíc to, že všichni milují křivky rotace galaxie, neznamená, že jsou naší jedinou cestou k temné hmotě. Pozorování klastrů galaxií, gravitační čočky, růst struktury ve vesmíru a dokonce i pozadí kosmického mikrovlnného záření směřují ve směru nějaké neviditelné složky do našeho vesmíru.
I kdyby měl foton hmotnost, byl schopen nějak vysvětlit pohyby Všechno hvězdy v galaxii, nejen ty masivní, nebylo by možné vysvětlit celou řadu dalších pozorování (například, jak by nová elektromagnetická síla mohla vysvětlit gravitační ohýbání světla kolem klastru galaxie? Není to rétorická otázka - to nemůže). Jinými slovy, i ve vesmíru naplněném masivními fotony bychom stále potřebovali temnou hmotu.
Můžete si přečíst článek v časopise tady.
