Ще бъда първият, който призна, че не разбираме тъмна материя. Например, когато погледнем галактика и преброим всички горещи светещи битове като звезди и газ и прах, получаваме определена маса. Когато използваме изобщо друга техника за измерване на масата, получаваме много по-голямо число. Така че естественият извод е, че не цялата материя във Вселената е цялата гореща и сияйна. Може би някои, ако е, знаете ли, тъмно.
Но дръжте се. Първо трябва да проверим нашата математика. Сигурни ли сме, че не просто грешим някаква физика?
Детайли за тъмната материя
Основно парче от пъзела с тъмна материя (макар че със сигурност не е единственото, а това ще бъде важно по-късно в статията) идва под формата на така наречените криви на въртене на галактиката. Докато наблюдаваме звезди да се въртят около въртенето около центъра на своите галактики, по всички права онези, които са по-далеч от центъра, трябва да се движат по-бавно от тези, които са по-близо до центъра. Това е така, защото по-голямата част от галактическата маса е претъпкана в ядрото, а най-външните звезди са далеч от всичко това и чрез обикновена нютонова гравитация те трябва да следват бавни мързеливи орбити.
Но те не
Вместо това най-външните звезди обикалят около толкова бързо, колкото и техните братовчеди.
Тъй като това е игра на гравитация, има само две възможности. Или грешим гравитацията, или има допълнителни невидими неща, напояващи всяка галактика. И доколкото можем да кажем, получаваме гравитация много, много точно (това е друга статия), така че бум: тъмна материя. Нещо държи тези свободно движещи се звезди да бъдат в капан в техните галактики, в противен случай те щяха да излетят като извън контрола на весели кръгове преди милиони години; ерго, има цял куп неща, които не можем да видим директно, но можем индиректно да открием.
Става тежък
Но какво ще стане, ако това не е просто гравитация? В края на краищата съществуват четири основни сили на природата: силна ядрена, слаба ядрена, гравитация и електромагнетизъм. Някой от тях трябва ли да играе в тази страхотна галактическа игра?
Силната ядрена дейност работи само на малки и малки атомарни мащаби, така че това е правилно. И никой не се интересува от слаба ядрена енергия, освен при някои редки разпадания и взаимодействия, така че можем да поставим това и настрани. И електромагнетизмът ... е, очевидно радиацията и магнитните полета играят роля в галактическия живот, но радиацията винаги се изтласква навън (така че очевидно няма да помогне да се поддържат бързо движещи се звезди, а галактическите магнитни полета са невероятно слаби (не по-силни от милионно собствено магнитно поле на Земята). Така че ... не отивам, нали?
Както почти във физиката, има и подъл начин. Доколкото можем да разберем, фотонът - носителят на самата електромагнитна сила - е напълно масов. Но наблюденията са наблюдения и нищо в науката не се знае със сигурност, а настоящите оценки поставят масата на фотона на не повече от 2 х 10-24 масата на електрона. За всички намерения и цели, това е по принцип нула за почти всичко, за което всички се интересуват. Но ако фотонът правиАко има маса, дори и под тази граница, тя може да направи някои доста смешни неща за вселената.
С присъствието на маса във фотона, уравненията на Максуел, начинът, по който разбираме електричеството, магнетизма и радиацията, придобиват модифицирана форма. В математиката се появяват допълнителни термини и се оформят нови взаимодействия.
Можете ли да усетите това?
Новите взаимодействия са подходящо сложни и зависят от конкретния сценарий. В случай на галактики, тяхното слабо магнитно поле започва да усеща малко нещо специално. Поради заплетения и усукан въображение на магнитните полета, наличието на масивни фотони променя уравненията на Максуел в просто веднага да добавите нова атрактивна сила, която в някои случаи може да бъде по-силна от гравитацията сама.
С други думи, новата електромагнитна сила може да бъде в състояние да задържи бързо движещи се звезди във въже, като напълно премахва необходимостта от тъмна материя.
Но не е лесно. Магнитните полета конец в целия звезден газ на галактиката, а не самите звезди. Така че тази сила не може да влиза директно върху звезди Вместо това, силата трябва да направи своя извод за тега, и по някакъв начин газът трябва да уведоми звездите, че има нов град на шерифините.
В случай на масивни, краткотрайни звезди, това е доста ясно. Самият газ се върти около галактическото ядро с максимална скорост, образува звезда, звездата живее, звездата умира, а остатъците се връщат в газ достатъчно бързо, че за всички намерения и цели тези звезди имитират движението на газа, давайки ни кривите на въртене, от които се нуждаем.
Голяма беда в малките звезди
Но малките, дълголетни звезди са друг звяр. Те се отделят от газа, който ги е образувал и живеят собствения си живот, орбитирайки около галактическия център много пъти, преди да изтекат. И тъй като те не усещат странната нова електромагнитна сила, те трябва просто да се отдалечат от своите галактики, защото нищо не ги поддържа.
Всъщност, ако този сценарий беше точен и масивните фотони не могат да заменят тъмната материя, собственото ни слънце не би трябвало да бъде там, където е днес.
Нещо повече, ние имаме много основателни причини да смятаме, че фотоните наистина са без маса. Разбира се, уравненията на Максуел може да не се интересуват много, но специалната теория на относителността и квантовото поле сигурно го правят. Започваш да се забъркваш с фотонната маса и имаш много обяснения да направиш, господине.
Плюс това, само защото всички обичат кривите на въртене на галактиката не означава, че те са единственият ни път към тъмната материя. Наблюденията на галактическите клъстери, гравитационните лещи, растежа на структурата във Вселената и дори космическият микровълнов фон сочат в посока на някакъв невидим компонент за нашата Вселена.
Дори ако фотонът е имал маса и е бил в състояние да обясни движенията на всичко звезди в галактика, а не само масивните, няма да може да обясни множеството други наблюдения (например как нова електромагнитна сила може да обясни гравитационното огъване на светлината около галактически клъстер? Това не е риторичен въпрос - не може). С други думи, дори в космос, пълен с масивни фотони, все още ще ни трябва тъмна материя.
Можете да прочетете статията в списанието тук.
