Hunter

Új gravitációs elmélet sötét anyag nélkül

Az elmélet magyarázatot adhat több furcsa csillagászati megfigyelésre, többek közt a Naprendszer peremén igen különösen viselkedő Pioneer űrszonda rejtélyére is.

Egy kvantumhatásokat is magába foglaló, módosított gravitációs elmélet magyarázatot adhat több furcsa csillagászati megfigyelésre, többek közt a Naprendszer peremén igen különösen viselkedő Pioneer űrszonda rejtélyére is úgy, hogy nincs szüksége a szintén megmagyarázhatatlannak tűnő sötét anyagra, vagy egy másik alternatív gravitációs elméletre, a Módosított Newtoni Dinamikára (MOND).

A csillagászok az 1970-es években felismerték, hogy a látható anyag gravitációja önmagában nem elég a gyorsan mozgó csillagok és a spirális galaxisok gázainak összetartásához. A galaxisokban keringő csillagokat meglepő módon nem izgatja különösebben az a törvény, hogy minél távolabb vannak a középponttól, annál lassabban kellene befutniuk a pályájukat, mint ahogy a bolygók is teszik. A szükséges vonzási többletet egy rejtélyes anyagnak, a sötét anyagnak tulajdonították, ami az elméletek szerint mennyiségében messze meghaladja a hagyományos anyagot az univerzumban.


A kutatók azonban még most sem tudják, mi is valójában a sötét anyag, ezért egyesek új gravitációs elméletekkel álltak elő a megfigyelések magyarázata érdekében. A MOND szerint például kétféle formája van a gravitációnak. Egy bizonyos gyorsulás (a0) felett az objektumok a gravitáció hagyományos formája szerint mozognak. Ez alatt azonban az objektumokat a gravitáció egy másik típusa irányítja, ahol nem a Newton által leírt fordított négyzetes szabály érvényesül, ehelyett két test távolodása esetén lassabb a gyengülés, a távolsággal lineárisan csökken. Kritizálói szerint azonban a MOND nem képes megmagyarázni a galaxis klaszterek megfigyelt tömegeit a sötét anyag, konkrétan a szinte tömegtelen neutrinók bevonása nélkül.

Most a Perimeter Elméleti Fizikai Intézet munkatársa, John Moffat és a kanadai Waterloo Egyetem kutatója, Joel Brownstein azt állítják, egy másik módosított gravitációs elmélet igazolhatja mind a galaxisok, mind a galaxis klaszterek megfigyeléseit. A skalár-tenzor-vektor gravitáció (STVG) névre keresztelt elmélet kvantumhatásokkal tűzdeli meg Einstein általános relativitás elméletét, kimondva, hogy a kvantumingadozások befolyásolhatják a kölcsönhatásban lévő objektumok közötti erőt.

Ebben az esetben egy hipotetikus részecske, a gravitációs kölcsönhatást közvetítő graviton nagy tömegben jelenik meg az űr vákuumának nagytömegű objektumoktól hemzsegő területein. A galaxisok középpontjainál így a gravitáció erősebb lehet, míg egy bizonyos távolságnál a csillagok ritkábbá válnak, így a gravitonoknak sincs olyan nagy befolyásuk, a gravitáció pedig visszatér a Newton által leírt viselkedési sémájához, magyarázta Brownstein. Kollégájával több módon is tesztelte az elméletet. Becslésük szerint az általuk leírt gravitációs változás egy nagy galaxis középpontjától 46 000 fényévre következik be, míg egy kis galaxis esetében ez a távolság feleződik.

Ezeket a becsléseket 101 megfigyelt galaxisra vetítették le és rájöttek, hogy mind saját elméletük, mind a MOND megmagyarázza forgásukat, a lényeg pedig az, hogy egyik elmélet sem számol a sok vitát kiváltott sötét anyaggal. A két elmélet azonban eltérést mutatott, amikor 106 galaxis klaszter megfigyeléssel állították szembe azokat. A MOND itt már nem volt képes reprodukálni az észlelt klaszter tömegeket, az STVG azonban több mint a felét megmagyarázta.

A kutatók letesztelték elméletüket a NASA 34 éves Pioneer 10 szondájának különös viselkedésén is, ami látszólag 400 000 kilométerre van attól a ponttól, ahol lennie kellene a Naprendszer peremén. Brownstein szerint az elmélet beleillik a Pioneer-anomália megfigyeléseibe, míg a MOND ezúttal sem bizonyult alkalmazhatónak, mivel a Pioneer gyorsulása a0 alatt van.

A kozmológusok szerint mindez szép és jó, azonban ahhoz, hogy igazoljanak egy új gravitációs elméletet, magyarázatot kell adni az univerzum hatalmas méretű szerkezeteinek kialakulására is, és legfőként az ősrobbanás után maradt kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásra. Ez a nagy kezdet után körülbelül 370 000 évvel keletkezett, amikor az első atomok kialakultak. Bár a sötét anyag modell nem tökéletes, nagyon jól alátámasztja a mikrohullámú háttérsugárzást és összeegyeztethető a galaxisokkal és azok halmazaival, valamint a nagy méretű szerkezetekkel és a gravitációs lencsével, nyilatkozott Sean Caroll, a Chicagói Egyetem szakértője. Brownstein és csapata jelenleg a háttérsugárzási tanulmányokon teszteli elméleteit.

Hozzászólások

A témához csak regisztrált és bejelentkezett látogatók szólhatnak hozzá!
Bejelentkezéshez klikk ide
(Regisztráció a fórum nyitóoldalán)
  • kn1954 #126
    Volt Ősrobbanás? Jelenleg tágul az univerzum?

    Lehet, hogy az univerzum nem tágul, hanem összehúzódik? A központi maghoz közeli galaxisok a nagy tömegvonzás miatt nagyobb sebességgel, a távoliak kisebbel. Ezért a galaxisok egymástól távolodnak - annak ellenére, hogy az univerzum egésze összehúzódik. A tömegvonzás miatt gyorsul az összehúzódás, amit gyorsuló tágulásnak látunk, és nem a sötét anyag miatt?

    Lehet, hogy az univerzum akár tágul, akár összehúzódik - mi táguló univerzumot látunk?
  • hdo #125
    úgy őszintén ... mi van akkor ha a számrendszerrel van a probléma? egy probléma megoldása úgy történik hogy visszafejted a körülményeket és megvizsgálod hogy nem-e hibás egy dolog amire alapoztál .... de senkinek eszébe se jutna hogy nem a számolás hanem a számok okozzák a gondot -.-
  • HUmanEmber41st #124
    Egy kis OFF:
    Két SG topic cím egymás mellett:

    "Új gravitációs elmélet sötét anyag nélkül"

    "Számszerű adatok a sötét anyagról"

    Nah ez érdekes

    ON
  • kukacos #123
    Persze, igazad van, Einstein sem a kalapjából rángatott elő mindent, voltak elődjei. Épp ezért kereste az ELVI okait ennek az ekvivalenciának, hisz (például) Eötvös is kimutatta, hogy a gyakorlatban teljesül. Einsteinig senki sem tudta megmagyarázni, miért azonos a kettő, hiszen addig két teljesen különböző jelenségként tárgyalta őket a fizika. Mindenesetre az áltrelat története akkor is meghökkentő. Kevés embernek volt a fizika történetében ekkora érzéke (szerencséje?), hogy elvi feltételezésekből kiindulva vezessen le valamit, ami aztán igaznak bizonyul. Az új elméletek többsége inkább akkor születik, amikor a kísérlet és a régi elmélet ellentmondása tarthatatlanná válik. A másik nagy sztori, a kvantummechanika például ilyen volt.
  • BiroAndras #122
    "a tehetetlen és gravitáló tömeg ekvivalenciájának magyarázatával foglalkozott, amelyek tényleg elvi megfontolások."

    Azért ott volt az Eötvös inga, ami 10-12 tizedesjegy pontossággal igazolta azt az ekvivalenciát. Korábban semmilyen elmélet nem indokolta ezt.
  • kukacos #121
    "Einstein egyik motivációja az a híres kísérlet volt, ami kimutatta, hogy a fénysebességet mindíg ugyanannyinak mérjük."

    Ebben pedig igaza van. A fénysebesség állandóságát a specrelatban Einstein már posztulálta. Az általános relativitáselmélet kidolgozásánál nem kifejezetten ez motiválta, bár természetesen a feltevés érvényességét meg kívánta tartani. Bár egy tudományos munkának nehéz meghatározni a "motivációit", inkább úgy szoktak fogalmazni, hogy akkoriban az elmélet gyorsuló koordinátarendszerekre történő kiterjesztésével és a tehetetlen és gravitáló tömeg ekvivalenciájának magyarázatával foglalkozott, amelyek tényleg elvi megfontolások. Az elmélet három alapvető gyakorlati igazolását (Merkúr perihélium-elfordulás, fényelhajlás, gravitációs vöröseltolódás) csak később számolta ki és igazolták kísérletileg. Más kérdés, hogy tele a padlás elvileg szép elméletekkel, amelyeket nem igazolt a gyakorlat.
  • BiroAndras #120
    "Szóval az általános relativitáselmélet megalkotásakor Einstein egyáltalán nem a pár marginális effektus kedvéért túrt bele a klasszikus gravitációba (amiket akkor egyébként még nem is ismertek), hanem azért, hogy elvileg jobb alapokra helyezze, és EZUTÁN keresett - és talált - olyan effektusokat, amelyek mérésekkel is bizonyítják, hogy az általa alkotott elmélet a jóslatok szempontjából még HATÉKONYABB is."

    Nem igaz. Einstein egyik motivációja az a híres kísérlet volt, ami kimutatta, hogy a fénysebességet mindíg ugyanannyinak mérjük.

    "Galaxisokat főképpen csak legfeljebb 0.2-0.3-as vöröseltolódásig látunk, és ebből 2-3 milliárd fényév távolságra szokás következtetni"

    Azért az már valami. Ha ezen a távolságon belül van kvazár, akkor már nyertünk is (fejből nem tudom, milyen messze van a legközelebbi).
    Meg vannak szupernovák is, amiknek van olyan típusa, ahol a felrobbanó csillag tömegét pontosan ki lehet számolni. És a tágulás gyorsulására vonatkozó méréseket szupernovákkal végezték.
  • kukacos #119
    Nézd, én végképp távol állok attól, hogy forradalmi tudományos szemlélettel rendelkezzek és a különleges elméleteket preferáljam, pusztán azért, mert azok izgalmasak - azt hiszem, néhány fórumozó ismerős ezt az állítást hallva buzgón helyeselne - de ebben az esetben én úgy érzem, helye van minden új és érdekes megoldásnak.

    Tudománytörténészek hada írt már könyvet arról, hogyan lesz egy kísérleti elméletből klasszikus, a folyamat egyáltalán nem olyan szép, mint amit a tankönyvekben leírni igyekeznek. A tudományban nem létezik egy "elfogadottsági lista", ahol minden évben rangsorolnák a 100 top elméletet tudományos szigor alapján, és mindenkinek ahhoz kell igazodni. Vannak személyes kedvencek, vannak kutatási területek, pénzalapok, amelyek szeretnek népszerű témák irányába mozogni, satöbbi. Így bár bizonytalan és nehezen megítélhető, milyen feltételek mellett kell egy elméletet a fizika kánonjának részévé tenni, én azon az állásponton vagyok, hogy bármilyen elmélet, amely ad hoc ötleteket tartalmaz, amelyeket kizárólag egy fennálló probléma megoldása miatt emelünk be, fenntartásokkal kezelendő. Ebben talán egyetértünk.

    A sötét anyagról írottakban ez áll a wikipediában, ami egy elég mértékadó összefoglalónak tekinthető:

    "At present, the most common view is that most dark matter is made of one or more elementary particles other than the usual electrons, protons, neutrons, and ordinary neutrinos. Currently, the most commonly considered particles are axions, sterile neutrinos, SIMPs (Strongly Interacting Massive Particles), and WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) (which include neutralinos). None of these are part of the standard model of particle physics."

    Magyarán a sötét anyag elmélete jelenleg ott tart, hogy hipotetikus, soha sem megfigyelt részecskéket kell bevezetnie ahhoz, hogy magyarázza a hiányzó tömeget - amelyek ráadásul az Univerzumban úgy tűnik, teljesen egyenletesen kell hogy elhelyezkedjenek. Ha ez a feltételezés szerinted kevésbé ad hoc, mint például egy plusz tag bevezetése a gravitációs egyenletbe, akkor szerintem egyszerűen rossz az ízlésed, és nincs miről vitatkozni. Mindenesetre állításod semmiképp sem tartozik az objektíve eldönthető tények körébe, így aztán az égvilágon semmi jogod sincs arra, hogy kijelentsd, a te álláspontod az "igazabb". Szerintem a mértéktartó fizikusok többsége ebben az esetben az én álláspontomat követi, azaz mindkét elméletet kísérletinek nyilvánítja, és kivárja, melyik bizonyul igaznak. De nem voksol sem egyik, sem másik mellett, mint te.

    Részletesbb kommentjeim:

    "míg a sötét anyagnak számos konkrét létezési formája ismeretes (és legfeljebb csak bővíteni kellene a sort), addig az ilyen megturkált gravitáció igazsága az utóbbi évtizedekben példa nélküli eset lenne"

    Ez több okból is butaság. Először is az nem érv, hogy azért nem nyúlunk valamihez, mert már rég tettük. Másrészt a gravitáció elméletét Newton és Einstein után legutóbb 1998 óta módosítgatják: a gravitáció épp az, amivel manapság sokan játszanak a sötét energia miatt. Az Univerzum gyorsuló tágulását több független kísérlet is megerősítette, ma már tudományos tényként kezeljük. Ennek magyarázatára pedig jelenleg nincs jobb ötletünk, mint a kozmológiai állandó bevezetése.

    "az általános relativitáselmélet megalkotásakor Einstein egyáltalán nem a pár marginális effektus kedvéért túrt bele a klasszikus gravitációba"

    Ezt nem is állítottam. Elfogadni viszont a marginális effektusok miatt fogadták el, nem véletlenül, ugyanis kezdetben nem volt túl sok rajongója. Én speciel nem hiszem, hogy a fizikai elméletek elvi úton összehasonlíthatók lennének. A távolhatás kiküszöbölésével új feltevéseket kellett bevezetnünk mint a görbült téridőt, ami bizonyos szempontból legalább épp annyira ellentmond a szemléletnek. Ráadásul a kvantummechanika óta tudjuk, hogy hétköznapi fizikai érzékünk mennyire alkalmatlan a nagyon nagy és a nagyon kicsi világok tárgyalására. Tudja ezt a tudományos közösség is, és ezért az elméletalkotásban feltétel, hogy cáfolható következménye legyen. Einstein egyenletét az emelte be a pantheonba, hogy volt ilyen következménye - különben ma is csak egy olyan filozófiai kuriózum lenne, mint pl. az Everett-féle sokvilág elképzelés.

    "akár 99.9% százalék is lenne igaz, ez még mindig nem biztosítana ELVI alapot a gravitáció megbarkácsolásához"

    Mint mondtam, most is folyamatosan barkácsolják, másrészt elég súlyosan tudományellenes álláspontra utal a részedről, hogy elfogadnál egy elméletet (legyen akármilyen régi és kipróbált és kis léptékben jól működő is), ami a megfigyelések 99.9%-ának ellentmond. Döglött lovon ülsz. Legalább az érvényességi körét korlátozni kellene.

    "Ez NEM IGAZ! Csak akkor "kellett" volna elvetni, ha AZT tudták volna bizonyítani, hogy "nem létezhet annyi sötét anyag", mint szükséges az azon az alapon történő magyarázathoz"

    Pontosan ez történt. Én a barionos sötét anyag hipotézisról beszélek, mint a következő mondatomból kiderült: kimutatták, hogy "nem létezhet annyi (barionos) sötét anyag".

    "csak a még problémásabb Ősrobbanási elmélet egyik ma népszerű verziója alapján történt a falszifikálás"

    Ez tényszerűen nem igaz. Az elméletek és a megfigyelések ellentmondásainak finom hálója zárja ki a lehetséges barionos jelölteket. Olvasd el azt a cikket, amit lejjebb belinkeltem erről. A nem-barionos sötét anyag pedig kísérleti elmélet, mint ahogy ezt feljebb kifejtettem, és létezhet persze, de a megítélése egészen más.
  • DcsabaS #118
    Kedves kukacos!

    NEM igaz, hogy a sötét anyag elképzelése (a), és a megturkált gravitáció (b) elméletei egyforma értékűek lennének! Ugyanis míg a sötét anyagnak számos konkrét létezési formája ismeretes (és legfeljebb csak bővíteni kellene a sort), addig az ilyen megturkált gravitáció igazsága az utóbbi évtizedekben példa nélküli eset lenne! Ezért a konzervatív tudományos szemlélet inkább az a)-t, a szenzációhajhász (áltudományos) szemlélet pedig inkább a (b)-t preferálja.

    "Mellesleg az általános relativitáselmélet pontosan ezt csinálta: beleturkált az addig tökéletesen működő gravitációba pár marginális effektus kedvéért. "
    SZÓ SINCS róla, ugyanis:
    1.) a klasszikus (Newton-féle) gravitációelméletről pontosan lehetett tudni (Newton is tudta), hogy elvileg kifogásolható, és az elfogadása CSAKIS AZÉRT ésszerű, mert a gyakorlatban elfogadhatóan pontosan működik,
    2.) ezért helyénvaló volt olyan elméletekről gondolkodni, amelyek elvileg helyesebbek, és legalábbis nem pontatlanabbak.

    Szóval az általános relativitáselmélet megalkotásakor Einstein egyáltalán nem a pár marginális effektus kedvéért túrt bele a klasszikus gravitációba (amiket akkor egyébként még nem is ismertek), hanem azért, hogy elvileg jobb alapokra helyezze, és EZUTÁN keresett - és talált - olyan effektusokat, amelyek mérésekkel is bizonyítják, hogy az általa alkotott elmélet a jóslatok szempontjából még HATÉKONYABB is.

    "Senki komoly csillagász nem állíthatja, hogy egyáltalán nincs sötét anyag, a szöveget nyilván úgy kell olvasni, ahogy én írtam (azaz nincs szükség a 96% extra magyarázataira)."
    Szerintem a 96%-ot sem kell készpénznek venni, de ha netalán a 96% helyett akár 99.9% százalék is lenne igaz, ez még mindig nem biztosítana ELVI alapot a gravitáció megbarkácsolásához.
    A kvantumfizikával való összekapcsolás már biztosíthatna, de akkor viszont nemcsak egyes (nekünk tetsző) kvantumeffektusokat kell figyelembe venni, mert ez ismét csak inkorrekt eljárás - ahogyan korábban már írtam.

    "Az analógiáddal élve, MEGPRÓBÁLTÁK megmagyarázni elektrodinamikai alapon, de el kellett vetni ezt a megoldást."
    Ez NEM IGAZ! Csak akkor "kellett" volna elvetni, ha AZT tudták volna bizonyítani, hogy "nem létezhet annyi sötét anyag", mint szükséges az azon az alapon történő magyarázathoz. Az, hogy konkrétan nem tudunk rámutatni a kérdéses sötét anyagra, még abszolút nem jelenti azt, hogy nem létezik, és pláne nem jelenti, hogy nem is létezhet.

    "Popper kritikai racionalizmusának terminológiájával élve falszifikáltuk a barionos sötét anyag hipotézist."
    MÉG EZ SEM igaz, ugyanis csak a még problémásabb Ősrobbanási elmélet egyik ma népszerű verziója alapján történt a falszifikálás, de még ha a barionokra vonatkozóan helyes is volna a végkövetkeztetés, ugyan miért ne létezhetne a sötét anyag többsége nem barionos formában?

    "Egy elmebajos csillagász elegendő feltevéssel élve biztos tudná passzintani a geocentrikus világképet is a megfigyelésekhez. "
    Nos, én pont ilyen PLUSZ feltevésnek látom a gravitációba épített plusz paramétereket.

    *********
    Kedves BiroAndras #117!

    "Ok. Azt nem tudjuk. De azt igen, a galaxisokét tudhatjuk. És azoknál nem is jelentős az effektus, mer nagyon kicsi a sűrűségük."
    Jó. Tehát akkor a kvazárokat kivesszük a pakliból, mert nem tudjuk elég megbízhatóan figyelembe venni a gravitációs vöröseltolódásukat. Maradnak a galaxisok. Ezek sokkal jobbak, de szintén nem problémamentesek. A galaxismagokban is igen jelentős (kvazár-szerű) viszonyok lehetnek. Tehát csak azokat a galaxisokat kellene figyelembe venni, amelyeknél a fény nem döntően a magból származik. Galaxisokat főképpen csak legfeljebb 0.2-0.3-as vöröseltolódásig látunk, és ebből 2-3 milliárd fényév távolságra szokás következtetni:
    http://magnum.anu.edu.au/~TDFgg/Public/Pics/2dFzcone_big.jpg
    http://magnum.anu.edu.au/~TDFgg/Public/Pics/2dFGRS_top_view.gif

    A viszonylag nagyon kevés számú, igen halovány, nagyobb vöröseltolódású galaxisnál (vagyis nagyobb léptékben) ezért csak pontatlanabbul lehet megállapítani a Hubble-állandót. (Arról már nem is beszélve, hogy ezeket főképp úgymond gravitációs-lencse hatással észlelik, ami viszont arra vezet, hogy az észlelési területen bőven van más sugárforrás is, és így a távoli galaxisnak tulajdonított fény spektrumvonalai közül alig pár áll rendelkezésre az azonosításhoz.)
  • BiroAndras #117
    "a legnagyobb vöröseltolódású kvazároknál pont nem tudjuk elég jól, hogy mekkora is a tömegük, és pont nem tudjuk elég jól"

    Ok. Azt nem tudjuk. De azt igen, a galaxisokét tudhatjuk. És azoknál nem is jelentős az effektus, mer nagyon kicsi a sűrűségük.

    "Ha viszont eltekintünk a kvazároktól, és csak a távoli galaxisok vöröseltolódását figyelhetjük meg, akkor nagyságrendileg lesz pontatlanabb a Hubble-állandó becslése."

    Miért? A Hubble pl. 10+ milliárd fényévre levő galaxisokat is lát.