Αρχές του 2011 δημοσιεύτηκε μια νέα ιδέα του φυσικού του CERN Dragan Slavkov Hajdukovic, ο οποίος πρότεινε ότι τα βαρυτικά φορτία στο κβαντικό κενό θα μπορούσαν να προσφέρουν μια εναλλακτική λύση για την σκοτεινή ύλη. Η ιδέα αυτή στηρίζεται στην υπόθεση ότι τα σωματίδια και αντισωματίδια έχουν βαρυτικά φορτία με αντίθετο πρόσημο. Κατά συνέπεια, τα εικονικά ζεύγη σωματιδίου-αντισωματιδίου στο κβαντικό κενό σχηματίζουν βαρυτικά δίπολα (έχουν ένα θετικό και ένα αρνητικό βαρυτικό φορτίο), που μπορούν να αλληλεπιδράσουν με την βαρυονική ύλη για την παραγωγή φαινομένων που συνήθως αποδίδονται στην σκοτεινή ύλη. Παρά το γεγονός ότι ο Dragan Slavkov Hajdukovic, μαθηματικά απέδειξε ότι αυτά τα βαρυτικά δίπολα θα μπορούσαν να εξηγήσουν τις παρατηρούμενες περιστροφικές καμπύλες των γαλαξιών, δίχως την παρουσία της σκοτεινής ύλης στην αρχική του μελέτη, σημείωνε ότι χρειάζεται να γίνει πολύ περισσότερη δουλειά.
Το σμήνος Bullet αποκάλυψε την παρουσία σκοτεινής ύλης
Τώρα με μια νέα ανάλυση του, ο Hajdukovic έχει κάνει άλλο ένα βήμα προς την κατεύθυνση που αποδεικνύει την αξιοπιστία αυτής της ιδέας, δείχνοντας ότι η βαρυτική πόλωση του κβαντικού κενού μπορεί να εξηγήσει τέσσερις κοσμολογικές παρατηρήσεις, μερικές από τις οποίες μόνο μπορεί να εξηγηθούν από τη σκοτεινή ύλη ή τα μοντέλα των θεωριών της τροποποιημένης βαρύτητας . Στην εργασία του, η οποία δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο Astrophysics and Space Science, ξεκινά με κάποιες βασικές πληροφορίες.
Το υπόβαθρο της θεωρίας του
«Όλη η Φυσική έχει δύο πυλώνες: Τη Γενική Σχετικότητα και το Καθιερωμένο Μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής," γράφει. "Η γενική σχετικότητα είναι η καλύτερη θεωρία μας για τη βαρύτητα. Το Καθιερωμένο Μοντέλο είναι μια συλλογή από κβαντικές θεωρίες πεδίου, Σύμφωνα με το Καθιερωμένο Μοντέλο, τα πάντα στο Σύμπαν αποτελούνται από έξι κουάρκ και έξι λεπτόνια (καθώς και τα αντισωματίδια τους), τα οποία αλληλεπιδρούν μέσω της ανταλλαγής μποζονίων βαθμίδας (το φωτόνιο για την ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση, τα W και Z για τις ασθενείς αλληλεπιδράσεις και οκτώ γκλουόνια για την ισχυρή αλληλεπίδραση).”
Συνεχίζει εξηγώντας ότι οι δύο αυτές θεωρίες δεν ταιριάζουν με ορισμένες παρατηρήσεις, μεταξύ των οποίων είναι ότι το βαρυτικό πεδίο του σύμπαντος φαίνεται πολύ ισχυρότερη από ό,τι θα πρέπει να είναι σύμφωνα με τη Γενική Σχετικότητα και την υπάρχουσα βαρυονική ύλη, όπως μας λέει το Καθιερωμένο Μοντέλο της Σωματιδιακής Φυσικής. Ενώ οι χιλιάδες επιστήμονες σε όλο τον κόσμο προσπαθούν να καταλάβουν αν μία από τα δύο ακρογωνιαίες θεωρίες πρέπει να αλλάξουν, η άποψη του Hajdukovic δεν απαιτεί μεταβολές στη βαρύτητα ή δεν επικαλείται καμιά νέα ύλη. Κι αυτός την συνοψίζει με αυτόν τον τρόπο:
«Με απλά λόγια, σύμφωνα με την Κβαντική Θεωρία Πεδίου, όλη η βαρυονική ύλη στο σύμπαν είναι βυθισμένη στο κβαντικό κενό. Ή μιλώντας πιο απλά, μια «θάλασσα» από σύντομης διάρκειας εικονικά ζεύγη σωματιδίων-αντισωματιδίων (όπως ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων με διάρκεια ζωής περίπου 10-22 δευτερόλεπτα, ή ζεύγη νετρίνων-αντινετρίνων με διάρκεια ζωής περίπου 10-15 δευτερόλεπτα, που είναι χρόνος ρεκόρ για το κβαντικό κενό). Είναι δύσκολο να πιστέψει κανείς ότι το κβαντικό κενό δεν αλληλεπιδρά βαρυτικά με τη βαρυονική ύλη που αναδύεται μέσα σ ‘αυτό. Παρά το γεγονός αυτό, το κβαντικό κενό αγνοείται στην αστροφυσική και την κοσμολογία. Όχι γιατί δεν έχουν επίγνωση της σημασίας του, αλλά επειδή κανείς δεν έχει την παραμικρή ιδέα ποιές είναι οι βαρυτικές ιδιότητες του κβαντικού κενού. Με απουσία της όποιας γνώσης, ως σημείο εκκίνησης, πιστεύουμε ότι σωματίδια και αντισωματίδια έχουν το βαρυτικό φορτίο με αντίθετο πρόσημο. Μια άμεση συνέπεια είναι η ύπαρξη του βαρυτικού διπόλου. Ένα εικονικό ζεύγος είναι ένα βαρυτικό δίπολο (όπως ένα εικονικό ζεύγος ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων είναι ηλεκτρικό δίπολο), που επιτρέπει την βαρυτική πόλωση του κβαντικού κενού. Η αρχική μελέτη αποκάλυψε την εκπληκτική πιθανότητα η βαρυτική πόλωση του κβαντικού κενού να μπορεί να παράγει τα φαινόμενα που συνήθως αποδίδονται στην σκοτεινή ύλη. »
Συνεχίζοντας λέει ότι η ιδέα του δεν είναι μια πλήρης θεωρία, και αναγνωρίζει ότι αυτό έρχονται σε αντίθεση με πολλές από τις βασικές ανθρώπινες υποθέσεις μας.
"Θα έλεγα ότι είναι μια θεωρία σε πρώιμο στάδιο", αναφέρει ο Dragan Slavkov Hajdukovic. "Χιλιάδες επιστήμονες εργάζονται για την ανάπτυξη της θεωρίας της ψυχρής σκοτεινής ύλης και τις θεωρίες της τροποποιημένης βαρύτητας. Εργάζομαι μόνος σε αυτή την τρίτη κατεύθυνση. Η συμμετοχή άλλων επιστημόνων στην έρευνα θα είναι σημαντική, αλλά ακόμα αβέβαιη. Από τη μία πλευρά έχω λάβει μερικά εντυπωσιακά αποτελέσματα σε συμφωνία με τις μετρήσεις, αλλά από την άλλη πλευρά μια τεράστια πλειοψηφία φυσικών είναι «αλλεργική» με την ιδέα της βαρυτικής άπωσης μεταξύ ύλης και αντιύλης. Η πιο κοινή εμπειρία όλων των ανθρώπων είναι ότι τα πάντα πέφτουν κάτω, και δεν είναι εύκολο να καταπιούν την ιδέα ότι η αντιύλη μπορεί να “ανέβει”
Τέσσερα φαινόμενα
Σε αυτή τη μελέτη, ο Hajdukovic εστιάζει σε τέσσερις άλλα φαινόμενα, τα οποία έχουν γεννηθεί από τις παρατηρήσεις των γαλαξιών. Ούτε το μοντέλο της Ψυχρής Σκοτεινής Ύλης (CDM), ούτε η Τροποποιημένη Νευτώνεια Δυναμική (MOND) – μια θεωρία της τροποποιημένης βαρύτητας – μπορεί να εξηγήσει όλα αυτά τα φαινόμενα, με την CDM να έχει προβλήματα στις μικρές κλίμακες και η MOND προβλήματα σε μεγάλες κλίμακες.
Πρώτον, ερευνητές (Donato και άλλοι) έχουν παρατηρήσει ότι η άλως από σκοτεινή ύλη (ή ένα ισχυρό βαρυτικό πεδίο) που περιβάλλει τους γαλαξίες έχει μια επιφανειακή πυκνότητα που είναι σχεδόν σταθερή και ανεξάρτητη από την φωτεινότητα, τη μάζα, το μέγεθος, τη μορφή κλπ του κάθε του γαλαξία. Αν και η ανακάλυψη αυτής της καθολικής ιδιότητας των γαλαξιών είναι έκπληξη, η θεωρία του Hajdukovic προβλέπει μια επιφανειακή πυκνότητα που είναι σε πολύ καλή συμφωνία με την μετρούμενη τιμή της πυκνότητας, κάπου 140 ηλιακές μάζες ανά τετραγωνικό παρσέκ. Η καθολικότητα της επιφανειακής πυκνότητας της σκοτεινής ύλης στην άλω των γαλαξιών μπορεί να εξηγηθεί από τη MOND, αλλά όχι από την CDM.
Δεύτερον, οι πρώτες άμεσες μετρήσεις της κατανομής της σκοτεινής ύλης σε δύο κοντινούς γαλαξίες νάνους, της Καμίνου και του Γλύπτη (Fornax και Sculptor), έχουν πρόσφατα βρεθεί από τους Matt Walker και Jorge Peñarrubia. Παραδόξως, οι μετρήσεις έδειξαν ότι (αυτό που φαίνεται να είναι) η σκοτεινή ύλη είναι ομοιόμορφα κατανεμημένη εντός του κεντρικού τμήματος, μήκους μερικές εκατοντάδες παρσέκ, του κάθε γαλαξία. Παρά το γεγονός ότι ακόμα και η κατανομή είναι συμβατή με τη MOND, έρχεται σε αντίθεση με τις προβλέψεις από την CDM, κατά την οποία η σκοτεινή ύλη βρίσκεται σε ένα φωτοστέφανο σαν μισοφέγγαρο.
"Στην περίπτωση ενός νάνου σφαιροειδή γαλαξία, οι μετρήσεις δείχνουν ότι υπάρχει μία άλως με πυρήνα από σκοτεινή ύλη στο κεντρικό τμήμα του γαλαξία, ενώ το μοντέλο της ψυχρής σκοτεινής ύλης προβλέπει μια ένα προφίλ πυκνότητας της μάζας, που αποκλίνει προς το κέντρο, σχηματίζοντας ένα σχήμα σαν μισοφέγγαρο, εξήγησε ο Hajdukovic. "Έτσι η CDM είναι σε σύγκρουση με τις παρατηρήσεις: υπάρχει ένας πυρήνας, κι όχι τέτοιας μορφής φωτοστέφανο (σε σχήμα μισοφέγγαρου). Στο πλαίσιο της βαρυτικής πόλωσης του κβαντικού κενού, τούτο το φωτοστέφανο είναι αδύνατο να υπάρχει, και είναι ένα καλό σημάδι για τη θεωρία μου. "
Τρίτον, τόσο η CDM όσο και η MOND προβλέπει την ύπαρξη ενός υποθετικού δίσκου σκοτεινής ύλης να περιβάλλει τον Γαλαξία μας, τοποθετημένο στην ίδια θέση όπως ο ορατός γαλαξιακό δίσκο, αλλά παχύτερος. Όταν οι ερευνητές (Moni Biden και άλλοι) κοίταξαν μήπως δουν κανένα δίσκο σκοτεινό ύλης, δεν βρέθηκαν στοιχεία για σκοτεινό δίσκο. Αντίθετα, ο Hajdukovic διαπίστωσε ότι όταν η βαρυτική πόλωση του κβαντικού κενού λαμβάνεται υπόψη, δεν πρέπει να υπάρχει βαρυτικός δίσκος.
Τέταρτον, όταν οι επιστήμονες παρατήρησαν δύο σμήνη γαλαξιών (π.χ., το σμήνος Bullet) να συγκρούονται, οι γαλαξίες εντός των σμηνών πέρασαν ο ένας μέσα στον άλλο, χωρίς να αλληλεπιδρούν λόγω των μεγάλων αποστάσεων μεταξύ των γαλαξιών. Ωστόσο, τα νέφη του πλάσματος – τα οποία είναι κατασκευασμένα από βαρυονική ύλη – μεταξύ των γαλαξιών αλληλεπιδρούν, τόσο πολύ ώστε να επιβραδύνει στην κίνηση του ο ένας τον άλλο. Επί του παρόντος, τα νέφη του πλάσματος βρίσκονται μεταξύ των δύο σμηνών των γαλαξιών, ενώ τα σμήνη κινούνται πέρα και μακριά από το άλλο. Κατά τη διάρκεια αυτής της σύγκρουσης, η σκοτεινή ύλη και η βαρυονική ύλη πρέπει να διαχωρίζονται, δεδομένου ότι η σκοτεινή ύλη δεν συγκρούεται. Αν και αυτός ο διαχωρισμός είναι συμβατός με την θεωρία της CDM, έρχεται σε αντίθεση με τις προβλέψεις της MOND, στην οποία (η ψευδαίσθηση της) σκοτεινής ύλης θα πρέπει να κεντράρεται η βαρυονική ύλη. Ο Hajdukovic εξηγεί ότι αυτός ο διαχωρισμός θα πρέπει να είναι συμβατός με την βαρυτική πόλωση του κβαντικού κενού, αν και χρειάζονται προσομοιώσεις για επιβεβαίωση.
Το μέλλον
Αν και η θεωρία είναι στα πολύ αρχικά της στάδια, μερικοί άλλοι επιστήμονες είναι αισιόδοξοι ότι αυτή μπορεί να εξηγήσει το σύμπαν καλύτερα από τις τρέχουσες θεωρίες. Ο θεωρητικός φυσικός Massimo Villata του Παρατηρητηρίου του Τορίνο διερευνά το κατά πόσον η βαρυτική άπωση μεταξύ ύλης και αντιύλης μπορεί να εξηγήσει την διαστολή του σύμπαντος χωρίς την σκοτεινή ενέργεια.
"Είμαι πεπεισμένος ότι βρισκόμαστε αντιμέτωποι με μια άσκηση εξήγησης του φαινομένου της «σκοτεινής ύλης», ειδικά τώρα που η βαρυτική άπωση μεταξύ ύλης και αντιύλης έχει μια θεωρητική βάση και δεν είναι πλέον μια απλή, αμφισβητήσιμη υπόθεση», τονίζει.
Ο αστροφυσικός Michael Dopita του πανεπιστημίου στην Καμπέρα, ο οποίος είναι και επικεφαλής του περιοδικού Αστροφυσική και Διαστημική Επιστήμη, πιστεύει ότι η ιδέα του Hajdukovic και άλλων που έχουν πρόσφατα προταθεί, φαίνονται ελπιδοφόρες.
"Σε αντίθεση με την Τροποποιημένη Νευτώνεια Δυναμική (MOND) του Milgrom, η κατανομή της πόλωσης του κενού θα εξαρτηθεί από την κατανομή της ύλης, έτσι ώστε η φαινομενική επιπλέον επιτάχυνση προς το κέντρο της μάζας θα διαφέρει από το ένα αντικείμενο στο άλλο, και ως συνάρτηση της θέσης μέσα στο αντικείμενο», εξηγεί. "Αυτή είναι μια ιδέα που μπορεί να ελεγχθεί. Συνολικά, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι αυτό που είναι απολύτως αναγκαία είναι μια αληθινή κβαντική θεωρία της βαρύτητας, με μια κβαντική κοκκοποίηση του χωροχρόνου”.
Μελλοντικά ο Hajdukovic σχεδιάζει να ερευνήσει περαιτέρω μια άλλη ενδιαφέρουσα συνέπεια που προκύπτει από τις εξισώσεις του. Όταν επέκτεινε μία εξίσωση από την περιγραφή της ακτίνας μιας γαλαξιακής άλως από σκοτεινή ύλη, στην ακτίνα του συνόλου του σύμπαντος (περίπου 14 δισεκατομμύρια παρσέκ), η εξίσωση του προβλέπει την τρέχουσα σκοτεινή ύλη ολόκληρου του σύμπαντος να είναι περίπου 1,7 x 1023 ηλιακές μάζες , η οποία είναι συνεπής προς τις αποδεκτές εκτιμήσεις. Ωστόσο, η εξίσωση του Hajdukovic έχει μια σημαντική διαφορά από τον αποδεκτό λόγο της βαρυονικής με την σκοτεινή ύλη, η οποία εκτιμάται σήμερα σε περίπου 1:5.
“Η σύγχρονη κοσμολογία βασίζεται στην υπόθεση ότι η αναλογία της βαρυονικής με την σκοτεινή ύλη να είναι σταθερή, που δεν αλλάζει με το χρόνο”, λέει. «Αν η θεωρία μου είναι σωστή, αυτή η αναλογία μειώνεται με την διαστολή του σύμπαντος. Η λύση των κοσμολογικών εξισώσεων πρέπει να είναι διαφορετική με ένα σταθερό και ένα μεταβλητό λόγο. Θα είναι το αντικείμενο μιας από τις μελλοντικές δημοσιεύσεις μου."
Πηγή: PhysOrg
Leave a Comment