Các nhà thiên văn học đã biết rằng các thiên hà trong vũ trụ hành xử tồi tệ. Một số xoay rất nhanh, trong khi những cái khác thì cực nóng và những cái khác lại biến thành siêu cấu trúc rất nhanh.
Nhưng họ không biết tại sao. Có thể một số hạt ẩn mới, như Vật chất tốiĐiều đó có thể giải thích sự kỳ lạ. Hoặc có thể Trọng lực Nó hoạt động trên các cụm sao này theo cách mà các nhà khoa học không ngờ tới.
Trong nhiều thập kỷ, các nhà thiên văn học đã tranh luận về các khả năng. Trong khi hầu hết các nhà thiên văn học tin rằng vật chất tối tồn tại, một số vẫn tin rằng chúng ta cần sửa đổi lý thuyết về lực hấp dẫn của mình. Tuy nhiên, nghiên cứu mới đã tìm ra một lỗ hổng chết người trong các lý thuyết sửa đổi về lực hấp dẫn: Chúng cho phép các hiệu ứng xảy ra vô cớ và cho phép thông tin truyền đi nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Điều này thật tệ … đối với trọng lực đã được sửa đổi
Có liên quan: 15 thiên hà kỳ lạ nhất trên thế giới của chúng ta
“Điều này … có thể thay đổi mạnh mẽ lĩnh vực nghiên cứu, buộc nó phải đi theo những hướng mới”, trưởng nhóm nghiên cứu và nhà vật lý thiên văn Mark Hertzberg của Đại học Tufts nói với Live Science.
Mát, nhưng không quá lạnh
Một điều buồn cười đang xảy ra trong vũ trụ. Ví dụ, dựa trên những gì các nhà khoa học mong đợi dựa trên khối lượng của các thiên hà, các ngôi sao quay xung quanh trung tâm của chúng rất nhanh; Nhiệt độ khí trong các cụm thiên hà rất nóng; Và những công trình kiến trúc lớn đã xuất hiện trong thế giới của chúng ta rất sớm.
Trên quy mô của các thiên hà và vũ trụ, hoặc hiểu biết của các nhà thiên văn học về lực hấp dẫn là hoàn toàn bị tắt, hoặc có một yếu tố mới trong vũ trụ của chúng ta tạo ra lực hấp dẫn nhưng không thể nhìn thấy được. Ý tưởng cuối cùng được gọi là vật chất tối lạnh (CDM), là tên được đặt cho một dạng vật chất giả định cho đến nay vẫn chưa được vật lý học. Có ‘mưa đá’ để chỉ ra rằng bất kể vật chất lạ chịu trách nhiệm như thế nào đối với vật chất tối, nó di chuyển tương đối chậm, không giống như các ứng cử viên vật chất tối khác như Neutrino Ví dụ về bộ lọc hạt vật chất tối nóng.
Có liên quan: 11 câu hỏi lớn nhất chưa được trả lời về vật chất tối
“Nếu người ta từ bỏ các nguyên lý nhân quả và cục bộ, thì về cơ bản chúng ta không thể giải thích được cấu trúc của Mô hình Chuẩn của vật lý hạt và thuyết tương đối rộng.”
Mark Hertzberg, Đại học Tufts
Bằng cách đưa vào các thiên hà một dạng vật chất không nhìn thấy được với ánh sáng, giả thuyết CDM phần lớn thành công trong việc giải thích phần lớn các quan sát về các thiên hà và vũ trụ lớn hơn. Cho đến nay, nó là lời giải thích phổ biến nhất cho lý do tại sao vũ trụ hoạt động theo cách mà nó hoạt động.
Nhưng giả thuyết CDM không hoàn hảo. Dù nó là gì đi nữa thì nó cũng nằm ngoài mô hình tiêu chuẩn của vật lý hạt, có nghĩa là chúng ta không biết nó là gì. Anh ấy cũng cảm thấy khó giải thích một thứ gọi là mối quan hệ giữa người và cá có baryonic. Mối quan hệ được quan sát cho thấy rằng tổng khối lượng của vật chất thông thường, được gọi là vật chất baryonic, của thiên hà tỷ lệ với lực thứ tư của vận tốc quay. Nhưng các mô hình CDM dự đoán rằng mối quan hệ nên có với lực thứ ba, và họ dự đoán rằng các thiên hà quay chậm hơn đối với một khối lượng nhất định so với thực tế.
Điều gì khác có thể xảy ra?
mọi người
Một giải pháp thay thế cho toàn bộ ý tưởng CDM là sự hiểu biết được sửa đổi về lực hấp dẫn. Các mô hình đơn giản nhất thuộc một loại được gọi là MOND, cho động lực học Newton đã được sửa đổi. Các mô hình này thay thế vật lý Newton (lực nghĩ = gia tốc khối lượng x) bằng các mối quan hệ khác phù hợp với tốc độ quay quan sát được của các ngôi sao trong các thiên hà. Trong khi các mô hình này phổ biến khi vật chất tối lần đầu tiên được phát hiện vào những năm 1970 và 1980, chúng không giải thích được các quan sát về các cụm thiên hà và vũ trụ lớn hơn; Như vậy, hầu hết các học giả đều bác bỏ các mô hình này.
Nhưng những khiếm khuyết trong CDM để giải thích động lực học bên trong thiên hà tạo cơ hội cho Mond tồn tại. Nếu lý thuyết “MONDian” là để cạnh tranh cho giai đoạn thiên hà, nó phải tương thích với các lý thuyết khác của chúng ta trong vật lý, chẳng hạn như thuyết tương đối hẹp và Cơ lượng tử. Đây chính xác là những gì Hertzberg và nhóm của ông đã đặt ra để làm. Kết quả nghiên cứu của họ đã được công bố vào tháng 5 trên cơ sở dữ liệu chuẩn bị arXivDo đó, nghiên cứu không được bình duyệt.
Khả năng duy nhất để có được một cái gì đó mới [within the framework of relativity and quantum mechanics] Nó bổ sung thêm các mức độ tự do mới “, Hertzberg nói với Live Science. Nói cách khác, để các lý thuyết MONDian hoạt động với vật lý đã biết, bạn phải thêm một loạt các điều độc đáo vào các lý thuyết. Khi xem xét những điều kỳ lạ này, Hertzerg cho biết và tìm thấy những người cộng tác. Một số vấn đề lý thuyết vốn có trong những nỗ lực này. “
Cục bộ và nhân quả
Ví dụ, Hertzberg và các đồng nghiệp đã xem xét liệu các lý thuyết MONDian có bảo vệ hai nguyên tắc: trạng thái và nhân quả hay không. Chủ nghĩa cục bộ là khái niệm cho rằng mọi thứ chỉ bị ảnh hưởng trực tiếp bởi môi trường xung quanh chúng – đối với một vật thể này để ảnh hưởng đến vật thể khác, tác động đó phải được truyền qua một thứ như một lực truyền với tốc độ hữu hạn. Nguyên nhân là một ý tưởng đơn giản rằng tất cả các sự kiện đều có nguyên nhân.
Nếu lý thuyết vi phạm trạng thái và / hoặc nhân quả, nó không chắc phù hợp với lý thuyết của chúng ta trong vật lý, vốn bảo vệ cả hai nguyên tắc.
“Nếu người ta từ bỏ các nguyên tắc nhân quả và cục bộ, thì điều này có nghĩa là về cơ bản chúng ta không thể giải thích được cấu trúc của Mô hình chuẩn của vật lý hạt và thuyết tương đối rộng, vì một số nguyên lý trung tâm được xây dựng nên ở Hertzberg nói. “Nói cách khác, nếu nhân quả bị phá vỡ một cách tồi tệ. Trong tự nhiên, có thể chúng ta đã thấy nó trong các hiệu chỉnh khác nhau đối với vật lý hạt trong phòng thí nghiệm hoặc các thử nghiệm hấp dẫn trong không gian. ”
Nói cách khác, chúng ta nên nhận thấy điều đó ngay bây giờ.
Vì tất cả các bằng chứng hiện có đều chỉ ra sự bảo toàn trạng thái và nhân quả (ít nhất là trên quy mô vĩ mô), do đó nó phải tuân theo bất kỳ lý thuyết mới nào trong vật lý. Nhóm các nhà vật lý đã thử nghiệm các lý thuyết của MONDian và phát hiện ra rằng chúng chứa các đặc điểm không cho phép thuyết thực chứng cũng như không hấp dẫn. Nói cách khác, nếu lý thuyết của MONDian là đúng, các sự kiện có thể xảy ra mà không có lý do và cho các hiệu ứng truyền đi tức thì, vi phạm giới hạn tốc độ ánh sáng trong vũ trụ.
Hertzberg cho biết: “Vì chúng tôi nhận thấy rằng các đề xuất hiện tại về vật chất tối hoàn toàn mới và các lý thuyết giống MOND có một số dạng quan hệ nhân quả, nên chúng cho thấy rằng chúng có thể không được đưa vào vật lý cơ bản, ít nhất là ở dạng hiện tại”.
Sự kết thúc của MOND?
Thực sự có thể vi phạm không gian và nhân quả ở cấp độ thiên hà, nhưng sẽ cực kỳ khó để dung hòa mọi thứ khác mà chúng ta biết về vật lý.
Về tương lai của các lý thuyết của MONDian, Hertzberg suy đoán, “Nó thúc đẩy nỗ lực cố gắng xây dựng một số lớp của các mô hình tương tự bằng cách nào đó bảo tồn quan hệ nhân quả, nhưng điều này có vẻ khó đạt được. Trong bài báo của chúng tôi, chúng tôi đã chỉ ra rằng dạng chung của các mô hình này không thành công đã nói ở trên kiểm tra tính nhất quán. ”.
Tuy nhiên, mô hình “vật chất tối lạnh” rất khó giải thích các chi tiết của vật lý thiên hà. Nhưng có thể có nhiều nguyên nhân trần tục hơn thay vì trọng tâm của tất cả các vật lý đã biết. Rất khó để mô hình hóa cách các thiên hà hình thành và phát triển, ngay cả khi xem xét tất cả các quá trình hỗn loạn mà vật chất tự nhiên đóng một vai trò nào đó. Có lẽ, hiểu biết nâng cao hơn về các thiên hà sẽ cung cấp lời giải thích cho mối quan hệ Baryonic Tully-Fisher quan sát được.
CDM cho đến nay là lời giải thích tốt nhất của chúng tôi.
Hertzberg nói: “Điều tuyệt vời về CDM là nó nằm trên nền đất rắn và vượt qua tất cả các bài kiểm tra về tính nhất quán lý thuyết được đề cập ở trên, mặc dù nó không phải là một phần của Mô hình chuẩn của vật lý hạt,” Hertzberg nói. “Lý do tôi nói nó nằm trên nền tảng rắn là không có lý do lý thuyết nào được biết đến cho sự vắng mặt của một số hạt trung tính và ổn định trong vũ trụ không liên quan nhiều đến chúng ta. Vì vậy, CDM hiện đang được ủng hộ như một công ty tiên phong ý tưởng.”
Ban đầu được xuất bản trên Live Science.
“Nhà phân tích. Con mọt sách thịt xông khói đáng yêu. Doanh nhân. Nhà văn tận tâm. Ninja rượu từng đoạt giải thưởng. Một độc giả quyến rũ một cách tinh tế.”