Pada bulan Oktober, LIGO dan rakan sejawatannya dari Eropah, VIRGO, menyaksikan gelombang graviti meresap dari perlanggaran hebat antara dua bintang neutron. Acara yang belum pernah terjadi sebelumnya ini kelihatan seperti satu lagi kejayaan untuk jenis astronomi baru, yang dapat menggunakan gelombang graviti untuk menyiasat beberapa misteri terdalam di alam semesta. Tetapi dalam semua keseronokan, kebanyakan orang tidak menyedari bahawa sesuatu telah mati: seluruh kumpulan teori yang mengandaikan alam semesta tanpa masalah gelap.
Kandungan Terkait
- Para saintis Spot the Spark Dari Perlanggaran Purba Bintang Neutron
- Tiga Ahli Ilmiah Di Balik Pengesanan Gravitational Gelombang Dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Fizik
- Para saintis mengesan Gelombang Gravit Keempat, Berada di Perlanggaran Hulu Hitam Purba
Betul: kesan yang kurang diketahui mengenai berita LIGO ialah kita mungkin akan melihat perubahan besar perbahasan mengenai perkara gelap-benda yang seolah-olah graviti menarik bahan yang kelihatan dan ruang lentur, tetapi tidak dapat dilihat . Mengikut makalah yang disiarkan ke server pra-ArXiv oleh Richard Woodard, seorang profesor fizik di University of Florida, pemerhatian baru-baru ini membatalkan kelas teori-teori yang berusaha untuk menjelaskan tingkah laku graviti pada skala berukuran galaksi tanpa masalah gelap.
Woodard mencatat bahawa beberapa teori tersebut, yang dikenali sebagai graviti diubahsuai (MOG) atau dinamik Newtonian diubahsuai (MOND), meramalkan bahawa gelombang graviti dan gelombang cahaya akan tiba pada masa yang berlainan. Namun LIGO mengambil gelombang graviti dan cahaya dari dua bintang neutron bertabrakan dalam masa kira-kira 2 saat antara satu sama lain. Oleh kerana sumber keduanya adalah 130 juta tahun cahaya, itu hanya satu bahagian dalam kira-kira 1.5 quadrillion. Pada asasnya, mereka tiba pada masa yang sama.
Jenis-jenis model Woodard bercakap tentang-yang dia sebut "emulator masalah gelap" -dapat menduplikasi kesan-kesan bahan gelap, dengan menganggap bahawa graviti bertindak berbeza daripada kebanyakan ahli sains berfikir. "Kertas kami pasti tidak mengecualikan semua model graviti yang diubahsuai yang mengeluarkan bahan gelap, " jelas Woodard. "Ia terpakai hanya kepada kelas besar mereka."
Namun semasa mereka mungkin menghadapi tamparan, teori anti-gelap tidak akan turun tanpa pertarungan.
...
Dalam teori relativiti umum Albert Einstein, ruang melengkung oleh objek besar-besaran. Rasuk foton - yang dikenali sebagai perjalanan cahaya sepanjang jarak terpendek antara dua mata (yang tidak selalunya garis lurus). Relativiti umum mengatakan gelombang graviti dan cahaya bergerak pada baris yang sama, atau metrik.
Tetapi sementara relativiti umum telah ditegaskan sejak kebelakangan, ia bukan kata terakhir. Beberapa teori alternatif graviti mempunyai gelombang graviti bergerak di jalan yang berbeza, atau metrik, dari cahaya. Untuk mendapatkan kesan ini, teori graviti yang diubahsuai mesti menunjukkan bahawa laluan gelombang graviti hanya terpengaruh oleh perkara yang dapat dilihat, manakala cahaya (foton) akan dipengaruhi oleh bahan yang kelihatan dan apa jua kesan pendua yang kelihatan seperti perkara gelap.
Dalam senario itu, gelombang graviti dan cahaya akan tiba pada masa yang berlainan. Tetapi sejak LIGO melihat kedua-duanya tiba-tiba dekat dengan satu sama lain, ia kelihatan seperti satu bukti yang kuat bahawa graviti berfungsi seperti teori Einstein mengatakan itu-yang seterusnya akan meningkatkan kes untuk perkara gelap.
Bagaimanapun, jauh sebelum LIGO, sesetengah ahli fizik tidak puas dengan perkara gelap dan menyusun teori-teori lain yang cuba menerangkan apa yang dilihat oleh para astronom. Satu set teori dikenali sebagai Tensor-vector-scalar gravity (TeVeS), yang menambahkan medan tambahan kepada graviti. Dibangunkan oleh Jacob Bekenstein pada tahun 2004, sudah pun dibakar kerana ia sepatutnya memerlukan neutrino lebih besar daripada yang dianggarkan ahli fizik setakat ini, dan ia tidak selalu menghasilkan bintang-bintang yang stabil. Scalar-Tensor-Vector-Gravity (STVG) juga menambah medan lain, walaupun dalam cara yang berbeza dari TeVeS. Teori itu mengatakan graviti semakin kuat apabila anda naik dari sistem suria ke galaksi dan kemudian ke kluster galaksi. Itulah dua kelas teori yang dikatakan Woodard dikesampingkan oleh data terkini.
Anda fikir ahli fizik akhirnya akan menerima perkara gelap di sana, dalam bentuk apa pun. Betul kan? Nah, penyokong graviti yang diubahsuai mengatakan mereka belum selesai.
John Moffat, seorang penyelidik di Institut Perimeter di Waterloo, Kanada, mengatakan Woodard hanya menyalahkan teorinya. "Mereka tidak memberi penjelasan mengenai mengapa MOG saya dipalsukan, " katanya dalam e-mel. "Memang benar teori MOND ini dikecualikan oleh data penggabungan bintang neutron Oleh itu, ternyata bahawa MOG saya adalah satu-satunya teori graviti yang dapat menjelaskan galaksi, data kluster galaksi dan data kosmologi tanpa perkara gelap yang dapat dikesan di alam semesta sekarang . " Moffat mengatakan bahawa teorinya sebenarnya meramalkan bahawa gelombang cahaya dan graviti akan tiba pada masa yang sama.
"Cara terbaik untuk menafsirkan hasil ini bukanlah membuktikan bahawa perkara gelap adalah betul, tetapi mengehadkan bagaimana teori-teori graviti yang diubahsuai mesti dibina jika mereka berusaha untuk mengecilkannya, " kata Woodard.
Jalan yang berbeza
Pada tahun 1970-an, ahli astronomi almarhum Vera Rubin, kemudian di Institut Carnegie, mendapati bahawa perkara yang kelihatan tidak bergerak lebih perlahan seperti yang keluar dari pusat galaksi (cara planet bergerak perlahan seperti yang bergerak dari matahari). Pada satu titik, semuanya bergerak pada kelajuan yang sama. Sama ada terdapat banyak massa tersebar di sekitar galaksi yang tidak dapat kita lihat, atau graviti berkelakuan dengan cara yang tidak jelas sebelum ini.
Penjelasan awal untuk perkara ghaib termasuk: gas, planet penyangak, neutrinos, dan juga lubang hitam. Akhirnya semua telah dibuang memihak kepada konsep masa kini mengenai masalah gelap yang dibuat daripada sesuatu yang hanya berinteraksi melalui graviti.
Namun beberapa ahli fizik merasakan bahawa idea tentang perkara gelap terlalu mudah, sesuatu yang dicipta hanya untuk membuat kerja matematik. Mungkin graviti bekerja secara berbeza pada skala yang berbeza, dan kerelatifan umum tidak menyumbang, mereka berteori.
Mordehai Milgrom, seorang profesor emeritus di Weizmann Institute of Science di Israel, adalah salah seorang ahli teori MOND awal, setelah mencadangkan versinya pada tahun 1980-an. Secara teorinya, teorinya mencadangkan dinamik graviti berubah apabila percepatan akibat daya graviti berada di bawah had tertentu. Beliau juga berpandangan bahawa graviti dan perjalanan cahaya pada metrik yang berbeza.
Diambil bersama, teori-teori ini dibentangkan, jika bukan ancaman yang serius, sekurang-kurangnya pengertian masalah dengan masalah gelap - sampai sekarang. "
FTW Dark Matter
Matematik tidak hanya menjelaskan lengkung putaran. Ia juga menyumbang kepada pemerhatian terhadap lensa graviti - lenturan cahaya dengan objek besar-besaran. Ketika kita melihat beberapa galaksi jauh, kita melihat objek di belakangnya seolah-olah melalui lensa, per relativiti umum. Cahaya dibengkokkan dengan jumlah yang tidak dapat dijelaskan oleh jisim yang kelihatan. Ini adalah satu lagi bukti untuk perkara gelap (atau sesuatu seperti itu).
Matlamat gelap juga boleh menjelaskan mengapa latar belakang gelombang mikro kosmik kelihatan seperti itu: seragamnya rata-rata, tetapi pada skala yang lebih kecil ia adalah clumpy, seperti yang diharapkan dalam alam semesta gelap. "Salah satu perkara yang alternatif kepada teori gelap tidak pernah dibicarakan, adalah jika anda tidak mempunyai masalah gelap, anda tidak akan mendapat benjolan dalam [latar belakang gelombang mikro kosmik], " kata Will Kinney, seorang profesor fizik di Universiti di Buffalo. "Untuk pengetahuan saya, teori teori gelap tidak pernah ada sebarang penjelasan sama sekali untuk spektrum (spektrum mikroskop latar belakang). Itu sendiri memberitahu teori-teori ini tidak akan berfungsi."
Salah satu contoh yang baik ialah cluster Bullet, rantau ruang di mana dua cluster galaksi bertabrakan. Pemerhatian kesan kluster menunjukkan kluster yang tidak selari dengan perkara yang kelihatan di dalamnya. Namun jika seseorang menganggap perkara gelap hadir tetapi belum diselesaikan lagi di sekeliling kluster, maka lensing sesuai teori benda gelap, kata Kinney.
Kes Untuk MOND
Walau bagaimanapun, arkitek kaunter graviti yang diubahsuai dengan masalah yang mempunyai masalah gelap. Satu adalah anomali di sekitar Bullet Cluster-yang sama yang paling dikatakan menyokong teori perkara gelap. Mengikut beberapa pemerhatian, Bullet Cluster mempercepatkan terlalu cepat; bahkan dengan menganggap hal gelap halaju adalah "salah." Juga, perkara gelap meramalkan kelajuan putaran beberapa galaksi kurang baik daripada graviti yang diubah suai.
Di samping itu, beberapa galaksi yang kelihatan kurang jelas kelihatan lebih besar. Itu boleh disebabkan oleh banyak perkara yang gelap, tetapi tidak ada sebab tertentu yang sepatutnya berlaku. Teori MOND lebih baik pada skor itu. "MOND mempunyai lebih banyak kuasa ramalan yang boleh digunakan untuk meramalkan kinematik dari galaksi yang dikuasai oleh benda yang gelap dan tidak boleh membuat ramalan yang sama dengan benda gelap. Apa yang anda boleh katakan adalah 'Saya yakin bahawa galaksi kecerahan permukaan yang rendah mempunyai banyak kegelapan "kata Stacy McGaugh, ahli astrofizik di Universiti Case Western Reserve yang telah bekerja pada teori graviti yang diubah suai." Ini berdasarkan pengalaman sebelumnya, bukan teori, yang mana tidak ada ramalan yang dipersetujui. "
Isu lain adalah pengedaran perkara tersebut. Milgrom menyatakan bahawa dalam hampir semua galaksi yang telah diperhatikan setakat ini, lengkung putaran adalah bentuk yang sama ke titik di mana pecutan disebabkan graviti ke arah pusat adalah kira-kira satu sepuluh bilion meter dari satu meter sesaat (kira-kira sama daya graviti yang dirasakan oleh seseorang dua meter dari berat 10 kilogram).
Jika perkara gelap wujud, seseorang tidak akan mengharapkan ia sentiasa diagihkan semata-mata. Ia seperti pergi ke semua negara di Bumi dan mendapati bahawa pengedaran pendapatan adalah sama, walaupun terdapat sejarah yang sangat berbeza di setiap negara.
"Dalam paradigma [perkara gelap], dinamika masa kini adalah hasil daripada sejarah galaksi individu yang rumit, tersembunyi, dan tidak dapat diselidiki, mengenai berapa banyak penggabungan yang telah mereka jalani dan bagaimana mereka ganas, pada pengusiran baryon dari galaksi kerana pelbagai proses yang tidak difahami dan sebagainya, "katanya. Teori MOND, tambahnya, melakukan pekerjaan yang lebih baik dalam meramalkan gerakan galaksi dalam hal itu.
Walau bagaimanapun, Milgrom mengakui terdapat beberapa bidang yang teori MOND tidak meramalkan juga, walaupun dalam versi MOG relativistik mereka - tidak menghasilkan semula latar belakang gelombang mikro kosmik yang diperhatikan, contohnya. "Kami memerlukan pelanjutan MOND yang akan memperuntukkan kosmologi. Ini adalah sesuatu yang kami sedang berusaha."
Sabine Hossenfelder, seorang penyelidik di Institut Pengajian Tinggi di Frankfurt, bersetuju bahawa pemerhatian Woodard akan menyebabkan beberapa jenis MOND atau MOG usang, tetapi juga tidak yakin bahawa masalah gelap adalah jawapannya. "Memang betul betul bahawa pemerhatian mengetepikan teori dengan andaian yang mereka nyatakan di dalam kertas. Tetapi tidak jelas, jika ada, teori graviti yang diubahsuai sebenarnya memenuhi andaian, " katanya. Di blognya dia menyatakan perkara gelap berfungsi pada semua skala, manakala graviti diubahsuai tidak berfungsi juga untuk kosmologi.
Ethan Siegel, seorang ahli astrofisika dan pengarang, berkata kemungkinan bahawa banyak medan graviti yang diubahsuai telah dibatalkan oleh pemerhatian LIGO. Seperti Hossenfelder, dia percaya masalah MOND adalah skala yang digambarkannya. "Moffat betul: MOND lebih baik daripada masalah gelap pada skala galaktik Jika anda melihat galaksi individu dan ciri-ciri dinamik mereka, MOND mempunyai kelebihan, namun MOND gagal dalam semua skala selain itu." Beberapa teori Milgrom, katanya, mungkin bertahan - jika pertelingkahan Milgrom bahawa graviti mematuhi peraturan yang berbeza daripada perkara di alam semesta memang benar, sebagai contoh. "Ini adalah teori yang masih boleh bertahan dengan keputusan gelombang graviti ini."
Dan walaupun kerjanya pada alternatif graviti, McGaugh berkata ada perkara-perkara yang hanya makna gelap. "Saya tidak nampak bagaimana menerangkan latar belakang gelombang mikro atau kumpulan galaksi kosmik (semua kluster kaya, bukan sekadar kumpulan peluru) tanpa ia, " katanya. "Itu tidak bermakna ia tidak boleh berlaku, tetapi pada masa ini Saya tidak nampak penjelasan yang lain. " Pada masa yang sama, dia masih belum komited untuk kedua-dua pihak. "Tidak meyakinkan, " katanya.
Dengan kata lain, mengharapkan perdebatan untuk terus mengamuk untuk masa hadapan - dengan kuasa dua bintang neutron bertabrakan.
