Εδώ και πολλά χρόνια τώρα, οι επιστήμονες αναρωτιούνται γιατί ο Κόσμος διαστέλλεται γρηγορότερα από όσο πρέπει να είναι. Μέσω της συμβατικής γνώσης της φυσικής, ο Κόσμος θα πρέπει να επεκτείνεται με έναν πιο αργό ρυθμό από ότι οι παρατηρήσεις δείχνουν. Η θεωρία της σκοτεινής ύλης, η οποία μέχρι σήμερα έδινε εξηγήσεις για τις αστρονομικές παρατηρήσεις μας και τη σύγχρονη κοσμολογία, βρίσκεται επιτέλους υπό αμφισβήτηση.
"Υπάρχουν δύο κύριες θεωρίες γιατί ο Κόσμος επεκτείνεται τόσο γρήγορα", λέει ο Martin Kunz. "Η μία είναι η τροποποιημένη θεωρία της βαρύτητας και η άλλη είναι η παρουσία της σκοτεινής ενέργειας. Θέλουμε να ανακαλύψουμε πώς να διακρίνουμε ποιά μεταξύ των δύο είναι η αιτία." Η ανίχνευση της διαφοράς μεταξύ της σκοτεινής ενέργειας και της τροποποιημένης θεωρίας της βαρύτητας θα έδινε στους φυσικούς μια καλύτερη άποψη για το πώς λειτουργεί ο Κόσμος. Και η ανίχνευση της τροποποιημένης θεωρίας της βαρύτητας θα πρόσθετε κι άλλα οφέλη γιατί θα μαθαίναμε καλύτερα τη μία από τις θεμελιώδεις δυνάμεις στον Κόσμο.
Πρόσφατα Καναδοί επιστήμονες ανακοίνωσαν πως πιστεύουν πως υπάρχει πολύ καλός λόγος που εξηγεί την αδυναμία μαςνα ανιχνεύσουμε τη σκοτεινή ύλη. Η σκοτεινή ύλη είναι (υποτίθεται) μια μυστηριώδης ύλη η οποία αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντος.
Η έννοια της ύλης αυτής επινοήθηκε λόγω της ανάγκης μας να εξηγήσουμε τον τρόπο με τον οποίο οι γαλαξίες συνυπάρχουν στο σύμπαν. Η ορατή ύλη, δεν είναι ικανή για να εξηγήσει την κίνηση και τις λοιπές αλληλεπιδράσεις των διαφόρων γαλαξιών με αποτέλεσμα οι επιστήμονες να υποθέσουν την ύπαρξη μιας αόρατης δύναμης, που αντισταθμίζει τη θεωρία της βαρύτητας και που ασκείται κεντρικά σε όλους τους γαλαξίες.
Υπέρ της άποψης αυτής τάχθηκε η επιστημονική κοινότητα όταν τον περασμένο Αύγουστο, αστρονόμοι απ΄το πανεπιστήμιο του Tucson ανέφεραν μια σύγκρουση ανάμεσα σε δυο σμήνη γαλαξιών 3 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά, γνωστά και ως Bullet Cluster. Το φαινόμενο αυτό προκάλεσε το διαχωρισμό του νέφους της σκοτεινής ύλης απ΄την ορατή.
Αυτό είχε ως αποτέλεσμα πολλοί επιστήμονες να υποστηρίξουν πως οι παρατηρήσεις αυτές αποδεικνύουν την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης ενώ απορρίπτουν εν τη γενέση τους τις εναλλακτικές θεωρίες που δε σχετίζονται με τη σκοτεινή ύλη.
Αντίθετα όμως, οι John Moffat (αστρονόμος απ΄το Waterloo του Καναδά) και ο Joel Brownstein, τονίζουν πως οι πανηγυρισμοί και οι ανακοινώσεις ήταν μάλλον πρόωροι. Σε μια μελέτη η οποία είδε το φως της δημοσιότητας στις 21 Νοεμβρίου, στο περιοδικό Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, οι επιστήμονες αναφέερουν πως η Τροποποιημένη Θεωρία της Βαρύτητας είναι δυνατόν να εξηγήσει το φαινόμενο Bullet Cluster χωρίς να καθιστά αναγκαία την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης.
Χρησιμοποιώντας εικόνες (φωτογραφίες) του Bullet Cluster απ΄τα διαστημικά τηλεσκόπια Hubble και Spitzer καθώς και τα Chandra X-ray και Magellan στη Χιλή, ανέλυσαν τον τρόπο με τον οποίο η βαρύτητα των σμηνών προκάλεση τη διαστρέβλωση του γαλαξιακού φωτός και κατέληξαν πως η σκοτεινή ύλη δεν αποτελούσε απαραίτητη προϋπόθεση για την εξήγηση των φαινομέων: "Χρησιμοποιώντας την Τροποποιημένη Θεωρία της Βαρύτητας, η ορατή ύλη στο γαλαξιακό σύστημα Bullet Cluster είναι αρκετή για τον υπολογισμό του φαινομένου διαστρέβλωσης του γαλαξιακού φωτός." σχολίασε ο Brownstein, "Συνεχίζοντας την έρευνα και αναλύοντας τις περιπτώσεις άλλων γαλαξιών θα μπρούσαμε να αποφασίσουμε τελικά ποία απ΄τις δύο θεωρίες προσφέρει την καλύτερη εξήγηση για την κατάσταση στην οποία βρίσκεται σήμερα το σύμπαν."
ο Moffat συνέκρινε το σύγχρονο ενδιαφέρον και την επιμονή για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης από την επιστημονική κοινότητα με το αντίστοιχο για τον "φωτεινό αιθέρα", μια υποθετική ουσία η οποία στις αρχές του 20ού αι. εθεωρείτο πως αποτελούσε το σύνολο του σύμπαντος και πως μέσο αυτής διαδίδονταν τα κύματα.
"Θα μπορούσαν να αποδεχθούν τη θεωρία της ειδικής σχετικότητας, όμως δεν ήταν ακόμα έτοιμοι να εγκαταλείψουν τον αιθέρα.", λέει ο Moffat, "Ο Αϊνστάιν ήρθε αργότερα και είπε ότι δεν χρειαζόμαστε τον αιθέρα, όλα τα υπόλοιπα ανήκουν στην ιστορία".
Ο Douglas Clowe αστρονόμος και υπεύθυνος της ομάδας η οποία συνέδεσε τις παρατηρήσεις του Bullet Cluster με τη σκοτεινή ύλη, αναφέρει πως εμμένει στην αρχική του πρόταση.
Μέσα σ΄όλα πάντως, ο Kunz, από το πανεπιστήμιο της Γενεύης, και ο συνάδελφός του Domenico Sapone έχουν δημοσιεύσει μια επιστολή στο Physical Review Letters όπου εξετάζουν τις δυσκολίες της διάκρισης μεταξύ της τροποποιημένης βαρύτητας και της σκοτεινής ενέργειας. Η επιστολή έχει τίτλο "Σκοτεινή ενέργεια εναντίον της τροποποιημένης βαρύτητας."
"Υπάρχουν θεωρητικά προβλήματα με τη σκοτεινή ενέργεια", εξηγεί ο Kunz, "και αυτό είχε οδηγήσει τους ανθρώπους να ασπαστούν την τροποποιημένη γενική σχετικότητα του Einstein προκειμένου να πάρουν την τροποποιημένη θεωρία της βαρύτητας, την οποία μερικοί σκέφτονται ότι θα εξηγούσε την διαστολή του σύμπαντος". Το πρόβλημα, λέει, μπαίνει όταν προσπαθεί κάποιος να παρατηρήσει ένα από αυτά τα φαινόμενα. "Δεν μπορούμε να παρατηρήσουμε είτε τη σκοτεινή ενέργεια είτε την τροποποιημένη βαρύτητα άμεσα. Μπορούμε μόνο να παρατηρήσουμε πώς συμπεριφέρονται οι γαλαξίες."
Πηγή: Pathfinder,Physics4u
"Υπάρχουν δύο κύριες θεωρίες γιατί ο Κόσμος επεκτείνεται τόσο γρήγορα", λέει ο Martin Kunz. "Η μία είναι η τροποποιημένη θεωρία της βαρύτητας και η άλλη είναι η παρουσία της σκοτεινής ενέργειας. Θέλουμε να ανακαλύψουμε πώς να διακρίνουμε ποιά μεταξύ των δύο είναι η αιτία." Η ανίχνευση της διαφοράς μεταξύ της σκοτεινής ενέργειας και της τροποποιημένης θεωρίας της βαρύτητας θα έδινε στους φυσικούς μια καλύτερη άποψη για το πώς λειτουργεί ο Κόσμος. Και η ανίχνευση της τροποποιημένης θεωρίας της βαρύτητας θα πρόσθετε κι άλλα οφέλη γιατί θα μαθαίναμε καλύτερα τη μία από τις θεμελιώδεις δυνάμεις στον Κόσμο.
Πρόσφατα Καναδοί επιστήμονες ανακοίνωσαν πως πιστεύουν πως υπάρχει πολύ καλός λόγος που εξηγεί την αδυναμία μαςνα ανιχνεύσουμε τη σκοτεινή ύλη. Η σκοτεινή ύλη είναι (υποτίθεται) μια μυστηριώδης ύλη η οποία αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντος. Η έννοια της ύλης αυτής επινοήθηκε λόγω της ανάγκης μας να εξηγήσουμε τον τρόπο με τον οποίο οι γαλαξίες συνυπάρχουν στο σύμπαν. Η ορατή ύλη, δεν είναι ικανή για να εξηγήσει την κίνηση και τις λοιπές αλληλεπιδράσεις των διαφόρων γαλαξιών με αποτέλεσμα οι επιστήμονες να υποθέσουν την ύπαρξη μιας αόρατης δύναμης, που αντισταθμίζει τη θεωρία της βαρύτητας και που ασκείται κεντρικά σε όλους τους γαλαξίες.
Υπέρ της άποψης αυτής τάχθηκε η επιστημονική κοινότητα όταν τον περασμένο Αύγουστο, αστρονόμοι απ΄το πανεπιστήμιο του Tucson ανέφεραν μια σύγκρουση ανάμεσα σε δυο σμήνη γαλαξιών 3 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά, γνωστά και ως Bullet Cluster. Το φαινόμενο αυτό προκάλεσε το διαχωρισμό του νέφους της σκοτεινής ύλης απ΄την ορατή.
Αυτό είχε ως αποτέλεσμα πολλοί επιστήμονες να υποστηρίξουν πως οι παρατηρήσεις αυτές αποδεικνύουν την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης ενώ απορρίπτουν εν τη γενέση τους τις εναλλακτικές θεωρίες που δε σχετίζονται με τη σκοτεινή ύλη.
Αντίθετα όμως, οι John Moffat (αστρονόμος απ΄το Waterloo του Καναδά) και ο Joel Brownstein, τονίζουν πως οι πανηγυρισμοί και οι ανακοινώσεις ήταν μάλλον πρόωροι. Σε μια μελέτη η οποία είδε το φως της δημοσιότητας στις 21 Νοεμβρίου, στο περιοδικό Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, οι επιστήμονες αναφέερουν πως η Τροποποιημένη Θεωρία της Βαρύτητας είναι δυνατόν να εξηγήσει το φαινόμενο Bullet Cluster χωρίς να καθιστά αναγκαία την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης.
Χρησιμοποιώντας εικόνες (φωτογραφίες) του Bullet Cluster απ΄τα διαστημικά τηλεσκόπια Hubble και Spitzer καθώς και τα Chandra X-ray και Magellan στη Χιλή, ανέλυσαν τον τρόπο με τον οποίο η βαρύτητα των σμηνών προκάλεση τη διαστρέβλωση του γαλαξιακού φωτός και κατέληξαν πως η σκοτεινή ύλη δεν αποτελούσε απαραίτητη προϋπόθεση για την εξήγηση των φαινομέων: "Χρησιμοποιώντας την Τροποποιημένη Θεωρία της Βαρύτητας, η ορατή ύλη στο γαλαξιακό σύστημα Bullet Cluster είναι αρκετή για τον υπολογισμό του φαινομένου διαστρέβλωσης του γαλαξιακού φωτός." σχολίασε ο Brownstein, "Συνεχίζοντας την έρευνα και αναλύοντας τις περιπτώσεις άλλων γαλαξιών θα μπρούσαμε να αποφασίσουμε τελικά ποία απ΄τις δύο θεωρίες προσφέρει την καλύτερη εξήγηση για την κατάσταση στην οποία βρίσκεται σήμερα το σύμπαν." ο Moffat συνέκρινε το σύγχρονο ενδιαφέρον και την επιμονή για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης από την επιστημονική κοινότητα με το αντίστοιχο για τον "φωτεινό αιθέρα", μια υποθετική ουσία η οποία στις αρχές του 20ού αι. εθεωρείτο πως αποτελούσε το σύνολο του σύμπαντος και πως μέσο αυτής διαδίδονταν τα κύματα.
"Θα μπορούσαν να αποδεχθούν τη θεωρία της ειδικής σχετικότητας, όμως δεν ήταν ακόμα έτοιμοι να εγκαταλείψουν τον αιθέρα.", λέει ο Moffat, "Ο Αϊνστάιν ήρθε αργότερα και είπε ότι δεν χρειαζόμαστε τον αιθέρα, όλα τα υπόλοιπα ανήκουν στην ιστορία".
Ο Douglas Clowe αστρονόμος και υπεύθυνος της ομάδας η οποία συνέδεσε τις παρατηρήσεις του Bullet Cluster με τη σκοτεινή ύλη, αναφέρει πως εμμένει στην αρχική του πρόταση.
Μέσα σ΄όλα πάντως, ο Kunz, από το πανεπιστήμιο της Γενεύης, και ο συνάδελφός του Domenico Sapone έχουν δημοσιεύσει μια επιστολή στο Physical Review Letters όπου εξετάζουν τις δυσκολίες της διάκρισης μεταξύ της τροποποιημένης βαρύτητας και της σκοτεινής ενέργειας. Η επιστολή έχει τίτλο "Σκοτεινή ενέργεια εναντίον της τροποποιημένης βαρύτητας."
"Υπάρχουν θεωρητικά προβλήματα με τη σκοτεινή ενέργεια", εξηγεί ο Kunz, "και αυτό είχε οδηγήσει τους ανθρώπους να ασπαστούν την τροποποιημένη γενική σχετικότητα του Einstein προκειμένου να πάρουν την τροποποιημένη θεωρία της βαρύτητας, την οποία μερικοί σκέφτονται ότι θα εξηγούσε την διαστολή του σύμπαντος". Το πρόβλημα, λέει, μπαίνει όταν προσπαθεί κάποιος να παρατηρήσει ένα από αυτά τα φαινόμενα. "Δεν μπορούμε να παρατηρήσουμε είτε τη σκοτεινή ενέργεια είτε την τροποποιημένη βαρύτητα άμεσα. Μπορούμε μόνο να παρατηρήσουμε πώς συμπεριφέρονται οι γαλαξίες."
Πηγή: Pathfinder,Physics4u
Τί είναι όμως η Σκοτεινή Ύλη;
Η σκοτεινή ύλη προτάθηκε απ΄τους αστρονόμους για να εξηγήσουν τα κενά μεταξύ της θεωρητικής προσέγγισης, με βάση τη γνώση που έχουμε σε ό,τι αφορά τα βαρυτικά πεδία καθώς και την εποπτεία της ορατής ύλης και την πραγματική συμπεριφορά των ουράνιων σωμάτων. Ακριβώς όπως λέει ο Moffat πρόκεται για κάτι αντίστοιχο του Ηλιακού Αιθέρα ή ακόμη καλύτερα αυτού που οι αρχαίοι ονόμαζαν ως "τάση των σωμάτων" να πάρουν μια συγκεκριμένη καθ΄ύψος θέση.. (γη, νερό, αέρας, φωτιά) μια και δεν μπορούσαν να εξηγήσουν την παγκόσμια έλξη με άλλο τρόπο.
Σύμφωνα με πρόσφατες έρευνες οι αστρονόμοι ανακάλυψαν πως η συμπεριφορά αυτή θα μπορούσε ίσως (αν και με ατέλειες) να εξηγηθεί αν υπήρχε μια "Σκοτεινή Ύλη" και κάμποσοι γαλαξίες αποτελούμενοι απ΄αυτήν. Η ίδια ύλη επίσης θεωρείται πως αποτελεί τμήμα και των υπόλοιπων γαλαξιών. Έτσι σύμφωνα με μελέτη τριών επιστημόντων απ΄το Cambridge μπορεί να υπάρχουν γαλαξίες από σκοτεινή ύλη σε αναλογία 100:1 με τους γνωστούς μας ορατούς γαλαξίες.
Ο Dr Neil Trentham, ένας από τους επιστήμονες που πρόβλεψαν την ύπαρξη των σκοτεινών γαλαξιών λέει πως από την εικόνα φαίνεται πως υπάρχει άφθονη σκοτεινή ύλη και πως οι πλειοψηφία των γαλαξιών είναι αυτής της μορφής. Η επιτυχία αυτής της θεωρίας υποστηρίζουν οι επιστήμονες θα κριθεί από τη φύση της σκοτεινής ύλης, που είναι ακόμη άγνωστη. Αν έχουν κατασκευαστεί εξ'ολοκλήρου από στοιχειώδη σωματίδια, οι σκοτεινοί γαλαξίες μπορεί να δρούν σαν βαρυτικοί φακοί, παραμορφώνοντας την εμφάνιση των μακρινών φωτεινών γαλαξιών που βρίσκονται πίσω από αυτούς.
Περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη σκοτεινή ύλη:
focusmag.grphysics4u.gr
in.gr
Και τί είναι η Τροποποιημένη θεωρία της Βαρύτητας;
Μια τροποποιημένη θεωρία της βαρύτητας θα μπορούσε να εξηγήσει ένα από τα μεγάλα μυστήρια της αστρονομίας: πώς οι σπειροειδείς γαλαξίες περιστρέφονται χωρίς να διασκορπίζονται.
Η αγαπημένη θεωρία είναι ότι η σκοτεινή ύλη στους γαλαξίες παρέχει την απαραίτητη πρόσθετη βαρυτική έλξη. Αλλά ένας Ισραηλίτης, ο φυσικός Mordechai Milgrom είχε μια διαφορετική ιδέα. Αρχές της δεκαετίας του 1980, βρήκε μια θεωρία που την ονόμασε Τροποποιημένη Νευτώνειο Δυναμική ή MOND, στην οποία μια πολύ ισχυρή βαρύτητα παίρνει τη θέση της σκοτεινής ύλης.
Στη διπλανή εικόνα φαίνεται ο τρόπος που εξηγείται η κίνηση του γαλαξία NGC 1560, με βάση τη θεωρία της βαρύτητας του Newton (γαλάζιο χρώμα), με βάση τη θεωρία της βαρύτητας του Newton, λαμβάνοντας υπ΄όψιν όμως και την επίδραση της σκοτεινής ύλης (κόκκινο χρώμα), καθώς και με βάση την τροποποιημένη θεωρία της βαρύτητας (πράσινο χρώμα). Με μωβ τα πειραματικά δεδομένα που έχουμε στη διάθεσή μας.Παρατηρούμε λοιπόν, πως αν και η "σκοτεινή ύλη" εξηγεί αρκετά καλύτερα απ΄την απλή θεωρία της βαρύτητας, ποσοτικά την κίνηση του συγκεκριμένου γαλαξία, χάνει ακόμη κι απ΄αυτήν ποιοτικά (μορφή της καμπύλης). Αντίθετα η MOND (τροποποιημένη θεωρία της βαρύτητας) κάνει πολύ καλύτερη πρόβλεψη ποιοτικά και ποσοτικά!
Αυτά τα αποτελέσματα παρατηρούνται τον τελευταίο καιρό σε όλους τους μεμονωμένους γαλαξίες που μπορούμε να παρατηρήσουμε, με αποτέλεσμα να μπουν οι πρώτοι σπόροι της αμφιβολίας. Έτσι το 1983, ο Mordehai Milgrom, που είναι τώρα στο Ίδρυμα Weizmann στο Ισραήλ, ισχυρίστηκε ότι θα μπορούσε να εξηγήσει την ανώμαλη περιστροφή των γαλαξιών χωρίς την επίκληση της σκοτεινής ύλης. Αντί για να την χρησιμοποιήσει, τροποποίησε το τύπο του Νεύτωνα έτσι ώστε υπό ορισμένες συνθήκες η βαρυτική δύναμη μεταξύ δύο σωμάτων να μειώνεται πιο ήπια από το αντίστροφο τετράγωνο της μεταξύ τους απόστασης. Η βασική ιδιότητα της θεωρίας του Milgrom - που ονομάστηκε Τροποποιημένη Νευτώνεια Δυναμική, ή MOND - ήταν ότι η τροποποιημένη συμπεριφορά αλλάζει κάτω από μια ορισμένη κλίμακα επιτάχυνσης, κι όχι ανάλογα με την απόσταση. Με εντυπωσιακό τρόπο, ο Milgrom ήταν σε θέση να βρει την τιμή αυτής της καθολικής παραμέτρου, έτσι ώστε η MOND να περιγράφει τη δυναμική των γαλαξιών εξαιρετικά καλά, ενώ αλλού να διατηρείται η νευτώνεια βαρύτητα.
Αλλά οποιαδήποτε εναλλακτική θεωρία της βαρύτητας πρέπει να υπολογίζει κάτι περισσότερο από τη δυναμική μόνο των γαλαξιών. Ειδικότερα, πρέπει να είναι σε θέση να εξηγήσει τον τρόπο που το φως κάμπτεται από τα τεράστια αντικείμενα - μια κεντρική πρόβλεψη της γενικής σχετικότητας που επιβεβαιώθηκε εντυπωσιακά κατά τη διάρκεια της ηλιακής έκλειψης του 1919. Η πιο εντυπωσιακή εκδήλωση αυτού του φαινομένου είναι ο βαρυτικόε εστιασμός, φαινόμενο με το οποίο οι γαλαξίες ή τα σμήνη των γαλαξιών αναγκάζουν το φως από τα μακρινά αντικείμενα του υποβάθρου, να δείχνει σαν να έχει προέλθει από πολλές διαφορετικές πηγές.
Όπως και με τη δυναμική των γαλαξιών η γενική σχετικότητα είναι ανίκανη να υπολογίσει τη δύναμη μερικών βαρυτικών φακών, χωρίς την προσθήκη των κατάλληλων κατανομών της σκοτεινής ύλης στον χώρο, "με το χέρι" ώστε να ερμηνεύονται τα δεδομένα.
Έχοντας η αρχική θεωρία MOND σαν ρίζα την νευτώνεια μηχανική, δεν θα είχε καμία ελπίδα να εξηγήσει την κάμψη του φωτός. Επιπλέον, ο απλός τύπος του Milgrom παραβίαζε διάφορους βασικούς νόμους της φυσικής, όπως η διατήρηση της ορμής. Αυτό προέτρεψε τους θεωρητικούς στη δεκαετία του '80 και τη δεκαετία του '90, ειδικότερα το Milgrom, το Robert Sanders του πανεπιστημίου του Γκρόνινγκεν στην Ολλανδία και τον Jacob Bekenstein στο εβραϊκό πανεπιστήμιο της Ιερουσαλήμ, να καταπιαστούν με τη μετατροπή της MOND σε μια πλήρως αναπτυγμένη θεωρία. Έτσι το 2004 ο Bekenstein δημοσίευσε μια σχετικιστική έκδοση της θεωρίας, που ονομάστηκε Θεωρία Διανυσματικού Βαθμωτού Τένσορα, ή TeVeS. Είναι η θεωρία που έχει κάνει πολλούς αστρονόμους, αστροφυσικούς και κοσμολόγους να αρχίσουν να αντιμετωπίζουν τις εναλλακτικές θεωρίες της βαρύτητας σοβαρότερα.
Πηγή, περισσότερα: www.physics4u.gr
Αναρτήσεις
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου