Gli astronomi sanno che le galassie in tutto l’universo si comportano male. Alcuni ruotano molto rapidamente, mentre altri sono estremamente caldi e altri ancora si trasformano in super strutture molto rapidamente.
Ma non sanno perché. Forse alcune nuove particelle nascoste, come Materia oscuraQuesto potrebbe spiegare la stranezza. O forse gravità Funziona su questi ammassi di stelle in un modo che gli scienziati non si aspettavano.
Per decenni gli astronomi hanno discusso le possibilità. Sebbene la maggior parte degli astronomi creda che la materia oscura esista, alcuni credono ancora che sia necessario rivedere la nostra teoria della gravità. Tuttavia, una nuova ricerca ha trovato un difetto fatale nelle teorie della gravità modificate: consentono agli effetti di verificarsi senza causa e consentono alle informazioni di viaggiare più velocemente della velocità della luce. Questo è un male … per la gravità modificata.
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“Questo … potrebbe cambiare drasticamente il campo della ricerca, costringendolo in direzioni un po ‘nuove”, ha detto a WordsSideKick.com Mark Hertzberg, ricercatore capo della Tufts University e astrofisico.
Fresco, ma non troppo freddo
Una cosa divertente sta accadendo nell’universo. Ad esempio, in base a ciò che gli scienziati si aspettano in base alle masse delle galassie, le stelle ruotano intorno ai loro centri molto rapidamente; Temperatura del gas all’interno di ammassi galattici molto caldi; E molto presto nel nostro mondo sono apparse grandi strutture.
Sulla scala delle galassie e dell’universo, la comprensione della forza di gravità da parte degli astronomi è completamente sbagliata o c’è un nuovo elemento nel nostro universo che esercita la gravità ma è altrimenti invisibile. L’idea finale è nota come materia oscura fredda (CDM), che è il nome dato a un’ipotetica forma di materia fino ad ora sconosciuta alla fisica. C’è ‘grandine’ per indicare che non importa quanto la materia estranea sia responsabile della materia oscura, si sta muovendo relativamente lentamente, a differenza di altri candidati della materia oscura come Neutrino Esempio di un filtro antiparticolato di materia oscura calda.
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“Se si abbandonano i principi di causalità e località, allora non siamo fondamentalmente in grado di spiegare la struttura del modello standard della fisica delle particelle e della relatività generale”.
Mark Hertzberg, Tufts University
Popolando le galassie con una forma di materiale invisibile alla luce, l’ipotesi CDM è ampiamente riuscita a spiegare la maggior parte delle osservazioni delle galassie e dell’universo più grande. È di gran lunga la spiegazione più comune del perché l’universo si comporta in quel modo.
Ma l’ipotesi CDM non è perfetta. Qualunque cosa sia, è al di fuori del paradigma standard della fisica delle particelle, il che significa che non abbiamo idea di cosa sia. Trova anche difficile spiegare qualcosa chiamato rapporto barionico-pescatore a pedaggio. La relazione osservata mostra che la massa totale della materia ordinaria, chiamata materia barionica, della galassia è proporzionale alla quarta forza della velocità di rotazione. Ma i modelli CDM prevedono che la relazione dovrebbe essere con la terza forza e prevedono che le galassie ruotino più lentamente per una certa quantità di massa di quanto non facciano effettivamente.
Cos’altro potrebbe succedere?
tutti
Un’alternativa all’intera idea CDM è una comprensione modificata della gravità. I modelli più semplici rientrano in una categoria chiamata MOND, per le dinamiche newtoniane modificate. Questi modelli sostituiscono la fisica newtoniana (si pensi alla forza = accelerazione di massa x) con altre relazioni che corrispondono alla velocità di rotazione osservata delle stelle all’interno delle galassie. Sebbene questi modelli fossero popolari quando la materia oscura fu scoperta per la prima volta negli anni ’70 e ’80, non riuscirono a spiegare le osservazioni degli ammassi di galassie e dell’universo più grande; Come tale, la maggior parte degli studiosi ha rifiutato tutti questi modelli.
Ma le carenze nel CDM per spiegare le dinamiche della galassia interna forniscono un’opportunità per la sopravvivenza di Mond. Se la teoria “MONDian” deve competere per lo stadio galattico, deve essere compatibile con le nostre altre teorie in fisica, come la teoria della relatività speciale e Meccanica quantistica. Questo è esattamente ciò che Hertzberg e il suo team si sono proposti di fare. I risultati del loro studio sono stati pubblicati a maggio nel database di prestampa arXivPertanto, lo studio non è stato sottoposto a revisione paritaria.
L’unica possibilità per ottenere qualcosa di nuovo [within the framework of relativity and quantum mechanics] Sta aggiungendo nuovi gradi di libertà “, ha detto Hertzberg a WordsSideKick.com. In altre parole, per far funzionare le teorie MONDian con la fisica conosciuta, devi aggiungere tutta una serie di cose non convenzionali alle teorie. Quando si esaminano queste cose non convenzionali, Hertzerg ha detto e trovato collaboratori. Alcuni problemi teorici inerenti a questi tentativi. “
Locale e causale
Ad esempio, Hertzberg e colleghi hanno esaminato se le teorie MONDiane proteggono due principi: stato e causalità. Il localismo è il concetto che le cose sono influenzate direttamente solo dall’ambiente circostante: affinché un oggetto influisca su un altro, quell’effetto deve essere trasmesso attraverso qualcosa come una forza che viaggia a una velocità finita. La causalità è la semplice idea che tutti gli eventi abbiano una causa.
Se la teoria viola lo status e / o la causalità, è improbabile che si adatti alle nostre teorie in fisica, che proteggono entrambi i principi.
“Se si abbandonano i principi di causalità e località, significa che non siamo fondamentalmente in grado di spiegare la struttura del Modello standard della fisica delle particelle e della relatività generale, poiché sono alcuni dei principi centrali che entrano nella costruzione di queste teorie in Hertzberg ha detto. “In altre parole, se la causalità è interrotta male. In natura, è possibile che l’abbiamo già visto in varie correzioni alla fisica delle particelle in laboratorio o nei test gravitazionali nello spazio.”
In altre parole, avremmo dovuto notarlo ora.
Poiché tutte le prove disponibili indicano la conservazione dello stato e della causalità (almeno su scala macroscopica), devono quindi essere soggette a qualsiasi nuova teoria fisica. Il team di fisici ha messo alla prova le teorie di MONDian e ha scoperto che contengono caratteristiche che non consentono né il positivismo né la gravità. In altre parole, se le teorie di MONDian sono corrette, è possibile che gli eventi accadano senza motivo e che gli effetti viaggino istantaneamente, violando il limite di velocità della luce nell’universo.
“Dal momento che abbiamo scoperto che le attuali proposte per la materia oscura radicalmente nuova e le teorie simili a MOND hanno una qualche forma di causalità, suggeriscono che potrebbero non essere incorporate nella fisica fondamentale, almeno nella loro forma attuale”, ha detto Hertzberg.
La fine di MOND?
Potrebbe effettivamente essere possibile violare lo spazio e la causalità a livelli galattici, ma sarebbe estremamente difficile conciliare tutto ciò che sappiamo sulla fisica.
Riguardo al futuro delle teorie di MONDian, Hertzberg ha ipotizzato: “Sprona i tentativi di tentare di costruire alcune classi di paradigmi simili che in qualche modo preservano la causalità, ma questo sembra difficile da raggiungere. Nel nostro articolo, abbiamo dimostrato che la forma generale di questi modelli fallisce il suddette prove di coerenza. “.
Tuttavia, il modello della “materia oscura fredda” trova difficile spiegare i dettagli della fisica delle galassie. Ma potrebbero esserci cause molto più banali invece del cuore di tutta la fisica conosciuta. È estremamente difficile modellare il modo in cui le galassie si formano ed evolvono, anche considerando tutti i processi caotici in cui la materia naturale gioca un ruolo. Forse, una comprensione più avanzata delle galassie fornirà una spiegazione per la relazione barionica Tully-Fisher osservata.
Il CDM è di gran lunga la nostra migliore spiegazione.
“La cosa meravigliosa del CDM è che teoricamente si trova su un terreno solido e supera tutti i test di coerenza teorici sopra menzionati, anche se non fa parte del modello standard della fisica delle particelle”, ha detto Hertzberg. “Il motivo per cui dico che è su un terreno solido è che non esiste una ragione teorica nota per l’assenza di alcune particelle stabili e neutre nell’universo che non sono molto correlate a noi. Quindi il CDM è supportato, per ora, come pioniere idea.”
Pubblicato originariamente su WordsSideKick.com.