2 tygodnie temu

Nowa teoria na temat grawitacji pozwala pozbyć się koncepcji ciemnej materii!

Bądźmy szczerzy. Ciemna materia jest tylko problemem. Astronomowie dokładają ogromnych starań, aby wyjaśnić dlaczego ona istnieje, dlaczego w tak ogromnych ilościach i czemu mimo to pozostaje ukryta. Nie emitując żadnej widocznej energii jest wystarczająco silna, aby utrzymać galaktyki w gromadach powstrzymując je przed wolnym rozprzestrzenianiem się w kosmosie.

image-217143-galleryv9-iafd-217143

Czym jest ciemna materia? Aksjonem, WIMPS-em, grawitonem czy cząstką z teorii Kaluza Klein?

Szacuje się, że 27% całej materii we wszechświecie pozostaje niewidocznej, a wszystko począwszy od twojej kanapki do kwazarów stanowi zaledwie 4,9% materii.

Źródło: NASA

Źródło: NASA

Nowa teoria grawitacji zaproponowana przez fizyka teoretycznego Erika Verlinde z Uniwersytetu w Amsterdamie, znalazła sposób aby pozbyć się tego dręczącego problemu.

W przeciwieństwie do tradycyjnego podejścia, traktującego grawitację jako podstawową siły natury, Verlinde widzi ją jako wyłaniającą się własność przestrzeni. To wyłanianie się jest zaś procesem, w którym natura tworzy coś potężnego używając do tego małych, prostych elementów, tak że ostateczna kreacja wykazuje właściwości, których nie posiadają mniejsze cząstki.

Przykładem może być płatek śniegu. Jego skomplikowana symetria zaczyna się tworzyć, gdy woda zamarza w maleńkie cząstki. W miarę jak temperatura spada, para wodna zastyga tworząc oryginalny kryształ, zorganizowany zawsze heksagonalnie. Poczucie temperatura jest za to zjawiskiem wynikającym z ruchu cząsteczek i atomów.

10738494123_f8016decb5_b

Płatek śniegu na zdjęciu makro. Zdjęcie: Alexey Kljatov

Tak samo zdaniem naukowca jest z grawitacją, która jest efektem entropii.

Entropia, niczym bałagan w sypialni, to funkcja określająca stany spontaniczne. Entropia jest miarą zaburzeń w systemie lub innymi słowy, liczbą różnych mikroskopowych stanów, w których system może się znajdować.

Jednym z przykładów entropii z życia jest ciepło, jakim promieniuje nasze ciało. Jako że energia cieplna rozprasza się w powietrzu, tworzy wokół nas bardziej nieuporządkowane warunki powietrza (entropiczne), podczas gdy w tym samym czasie maleje entropia naszego ciała, aby zapewnić nam przetrwanie. Jeśli nie pozbędziemy się ciepłoty ciała staniemy się chaotyczni (przegrzani) i ostatecznie umrzemy.

Wyłaniająca się lub entropiczna grawitacja, jak nazywa ją nowa teoria, odpowiedzialna jest za odchylenia i anomalie w rotacji galaktyk, które obecnie są przypisane działalności ciemnej materii.

W koncepcji Verlinde grawitacja wyłania się w efekcie zmian w fundamentalnych jednostkach informacji, przechowywanych w strukturze czasoprzestrzeni.

Jednym słowem, grawitacja jest konsekwencją entropii, a nie podstawową siłą w kosmosie.

Czasoprzestrzeń składa się z trzech znanych nam wymiarów i uzupełniona jest o czas. Jest elastyczna.

Masa marszczy tę czterowymiarową tkaninę tworząc wzgórza i doliny, które kierują ruchem mniejszych obiektów w pobliżu. Słońce przykładowo więc nie tyle przyciąga Ziemię, jak mówi Isaac Newton, lecz tworzy wielką zmarszczkę w czasoprzestrzeni, wokół której obraca się nasza planeta.

gravitationswellenfeature-1

Im masywniejszy obiekt tym mocniej zakrzywia przestrzeń i czas pokazane symbolicznie jako zielona siatka linii. Źródło: LIGO/T. Pyle

W artykule z 2010 roku Verlinde wykazał, jak prawa grawitacji Newtona, które opisują ruch wszystkiego począwszy od spadania jabłka z drzewa, aż po obracanie się małych galaktyk wokół dużych, wywodzą się z podstawowych mikroskopijnych cegiełek budujących wszechświat.

W swojej ostatniej pracy zgłębia się w znaczenie ciemnej energii w tej mieszance. Entropia związana z ciemną energią, jeszcze niezrozumiałą formą energii odpowiedzialnej za przyspieszenie ekspansji Wszechświata, odwraca geometrię czasoprzestrzeni do formy elastycznego nośnika.

„Uważamy, że elastyczna odpowiedź, tego co nazywany „ciemną energią”, przyjmuje formę ekstra „ciemnej” siły grawitacji” pisze Verlinde. „Tak więc obserwowane zjawisko ciemnej materii jest pozostałością, efektem pamięciowym, pojawienia się czasoprzestrzeni ze zwykłą materią zawartą w niej”.

Oczywiście koncepcja Verlinde jest o wiele bardziej kompleksowa, zagłębiając się w arkana entropii splątania, pola tensorowego i zasadę holograficzną, ale główna idea mówiąca, że grawitacja nie jest podstawową siłą w przyrodzie, sprawia, że możemy spojrzeć w nowy, fascynujący sposób na dotychczasową wiedzę.

Fizycy próbowali przez dziesięciolecia pogodzić fizykę kwantową z prawami grawitacji z niewielkim powodzeniem. I choć teoria Verlinde powinna być przyjmowana ostrożnie, może zaoferować sposób na połączenie tych dwóch dziedzin w jedną narrację, która opisywać będzie wszystko – począwszy od spadających jabłek aż czarnych dziur jako jedną spójną teorię.