Aktuelle teorier beskriver kanskje ikke universet vårt så veldig nøyaktig. Bildekreditt: Brussels Museum of Fine Arts og Space Telescope Institute. Klikk for å forstørre
En kinesisk astronom fra University of St. Andrews har finjustert Einsteins banebrytende teori om tyngdekraft, og skapt en 'enkel' teori som kunne løse et mørkt mysterium som har forvirret astrofysikere i tre kvart århundre.
En ny tyngdekraftlov, utviklet av dr Hong Sheng Zhao og hans belgiske samarbeidspartner Dr Benoit Famaey fra Free University of Brussels (ULB), tar sikte på å bevise om Einsteins teori faktisk var riktig og om det astronomiske mysteriet Dark Matter faktisk eksisterer. Forskningen deres ble publisert 10. februar i USA-baserte Astrophysical Journal Letters. Formelen deres antyder at tyngdekraften synker mindre kraftig med avstanden som i Einstein, og endres subtilt fra solsystemer til galakser og til universet.
Teorier om tyngdekraftsfysikken ble først utviklet av Isaac Newton i 1687 og foredlet av Albert Einsteins generelle relativitetsteori i 1905 for å tillate lysbøyning. Selv om det er den tidligst kjente styrken, er tyngdekraften fremdeles veldig et mysterium med teorier som fremdeles ikke er bekreftet av astronomiske observasjoner i rommet.
"Problemet" med de gylne lovene til Newton og Einstein er mens de fungerer veldig bra på jorden, de forklarer ikke bevegelsen til stjerner i galakser og bøying av lys nøyaktig. I galakser roterer stjerner raskt rundt et sentralt punkt, holdt i bane av tyngdekraftsattraksjonen til saken i galaksen. Astronomer fant imidlertid ut at de beveget seg for raskt for å bli holdt av deres gjensidige tyngdekraft - så ikke nok tyngdekraft til å holde galaksene sammen, i stedet skulle stjerner kastes i alle retninger!
Løsningen på dette, foreslått av Fritz Zwicky i 1933, var at det var usett materiale i galaksene, noe som utgjorde nok tyngdekraft til å holde galaksene sammen. Siden dette materialet avgir ingen lette astronomer kaller det ‘Dark Matter’. Det antas å utgjøre opptil 90% av materien i universet. Ikke alle forskere aksepterer imidlertid Dark Matter-teorien. En rivaliserende løsning ble foreslått av Moti Milgrom i 1983 og sikkerhetskopiert av Jacob Bekenstein i 2004. I stedet for at det var usett materiale, foreslo Milgrom at astronomers forståelse av tyngdekraften var feil. Han foreslo at et løft i alvorlighetsgraden av vanlig materie er årsaken til denne akselerasjonen.
Milgroms teori har blitt arbeidet med av en rekke astronomer siden, og Dr. Zhao og Dr. Famaey har foreslått en ny formulering av hans arbeid som overvinner mange av problemene tidligere versjoner har møtt.
De har laget en formel som gjør at tyngdekraften kontinuerlig kan endres over forskjellige avstandsskalaer, og viktigst av alt passer dataene for observasjoner av galakser. Å passe like mye galakseopplysninger i det rivaliserende Dark Matter-paradigmet ville være like utfordrende som å balansere en ball på en nål, noe som motiverte de to astronomene til å se på en alternativ tyngdekraftside.
Legenden forteller at Newton begynte å tenke på tyngdekraften da et eple falt på hodet, men ifølge Dr. Zhao, “Det er ikke åpenbart hvordan et eple ville falle i en galakse. Newtons teori ville være av stor margin - eplet hans skulle fly ut av Melkeveien. Arbeidet med å gjenopprette eplet på en fin bane rundt galaksen har gjennom årene ført til to tankeskoler: Dark Matter versus ikke-Newtonsk tyngdekraft. Dark Matter-partikler kommer naturlig fra fysikk, med vakre symmetrier og forklarer kosmologien vakkert; de har en tendens til å være overalt. Det virkelige mysteriet er hvordan du kan holde dem borte fra noen hjørner av universet. Også Dark Matter kommer hånd i hånd med Dark Energy. Det ville være vakrere hvis det var ett enkelt svar på alle disse mysteriene.
Dr Zhao, en avansert stipendiat fra PPARC ved University of St Andrews, School of Physics and Astronomy, og medlem av Scottish Universities Physics Alliance (SUPA), fortsatte “Det har alltid vært en god sjanse for at astronomer kan omskrive tyngdeloven. Vi har laget en ny formel for tyngdekraft som vi kaller ‘den enkle formelen’, og som faktisk er en foredling av Milgroms og Bekensteins. Det er i samsvar med galaksdata så langt, og hvis spådommene blir bekreftet ytterligere for solsystem og kosmologi, kan det løse Dark Matter-mysteriet. Vi kan være i stand til å svare på vanlige spørsmål som om Einsteins teorien om tyngdekraft stemmer og om det såkalte Dark Matter faktisk eksisterer.
"En ikke-Newtonsk gravitasjonsteori er nå fullt spesifisert på alle skalaer med en jevn kontinuerlig funksjon. Det er klart for andre forskere å forfalske. Det er på tide å holde et åpent sinn for nye felt som er forutsagt i formelen vår, mens vi fortsetter letingen etter Dark Matter-partikler. ”
Den nye formelen blir presentert for et internasjonalt verksted ved Edinburghs Royal Observatory i april, som vil få muligheten til å teste og diskutere den omarbeidede teorien. Dr Zhao og Dr Famaey vil demonstrere sin nye formel for et publikum av Dark Matter og gravitasjonseksperter fra ti forskjellige land.
Dr Famaey kommenterte “Det er mulig at verken den modifiserte gravitasjonsteorien eller Dark Matter-teorien, slik de er formulert i dag, vil løse alle problemene med galaktisk dynamikk eller kosmologi. Sannheten kan i prinsippet ligge i mellom, men det er veldig sannsynlig at vi mangler noe grunnleggende om tyngdekraften, og at en radikalt ny teoretisk tilnærming vil være nødvendig for å løse alle disse problemene. Likevel er formelen vår så attraktiv enkel at det frister å se den som en del av en ennå ukjent grunnleggende teori. Alle galaksdata ser ut til å være forklart uanstrengt.
Originalkilde: PPARC News Release
