Я першим визнаю, що ми не розуміємо темну матерію. Наприклад, коли ми дивимося на галактику і підраховуємо всі гарячі світиться шматочки, як зірки, газ і пил, ми отримуємо певну масу. Коли ми взагалі використовуємо будь-яку іншу техніку для вимірювання маси, ми отримуємо набагато більшу кількість. Таким чином, природний висновок полягає в тому, що не вся матерія у Всесвіті все гаряча і світиться. Можливо, деякі, якщо це, знаєте, темно.
Але тримайся. Спершу ми повинні перевірити нашу математику. Ми впевнені, що ми не просто помиляємось з фізикою?
Деталі темної матерії
Основна частина головоломки темної матерії (хоча, звичайно, не єдина, і це буде важливо пізніше у статті) надходить у вигляді так званих кривих обертання галактики. Коли ми спостерігаємо, як зірки обертаються навколо центру своїх галактик, за всіма правами ті, які далі від центру, повинні рухатися повільніше, ніж ті, що ближче до центру. Це тому, що більша частина галактичної маси переповнена в ядрі, а самі зовнішні зорі далеко від усього цього, і за допомогою простої ньютонівської сили тяжіння вони повинні слідувати повільним ледачим орбітам.
Але вони не
Натомість, найвіддаленіші зірки орбітають так само швидко, як і їхні родичі-міста.
Оскільки це гра гравітації, є лише два варіанти. Або ми сприймаємо гравітацію неправильно, або є додаткові непомітні речі, що просочують кожну галактику. Наскільки ми можемо сказати, ми отримуємо гравітацію дуже, дуже правильно (це вже інша стаття), тому бум: темна матерія. Щось утримує цих вільнозвукових зірок, потрапивши в пастку всередині їхніх галактик, інакше вони вилетіли б як поза контролем веселі круглі мільйони років тому; Ерго, є ціла купа речей, яких ми не можемо безпосередньо побачити, але можемо опосередковано виявити.
Стають важкими
Але що робити, якщо це не гра гравітації? Адже є чотири основні сили природи: сильна ядерна, слабка ядерна, гравітаційна та електромагнетизм. Хтось із них може грати у цю чудову галактичну гру?
Сильна ядерна функціонує лише в крихітних субатомних масштабах, тож це правильно. І ніхто не переймається слабкою ядерністю, крім деяких рідкісних розпадів та взаємодій, тому ми можемо поставити це і на сторону. І електромагнетизм… ну, очевидно, радіаційне та магнітне поле відіграють певну роль у житті галактики, але випромінювання завжди виштовхується назовні (тому очевидно, це не допоможе утримати швидко рухаються зорі) і галактичні магнітні поля неймовірно слабкі (не сильніше мільйонне власне магнітне поле Землі). Так що ... не йди, правда?
Як і майже у всьому фізиці, тут є підлий шлях. Наскільки ми можемо сказати, фотон - носій самої електромагнітної сили - абсолютно безмасштабний. Але спостереження є спостереженнями, і все в науці відомо точно, а сучасні оцінки розміщують масу фотона не більше 2 х 10-24 маса електрона. Для всіх намірів і цілей, це в основному дорівнює нулю майже нічого, про що не хвилює всіх. Але якщо фотон робитьМаючи масу, навіть нижче цієї межі, вона може робити кілька цікавих речей для всесвіту.
За наявності маси у фотоні рівняння Максвелла, як ми розуміємо електрику, магнетизм та випромінювання, набувають модифікованої форми. У математиці з’являються додаткові терміни, і нові взаємодії формуються.
Ви можете це відчути?
Нові взаємодії є досить складними і залежать від конкретного сценарію. У випадку галактик їх слабке магнітне поле починає відчувати щось особливе. Через заплутаний і скручений вигляд магнітних полів наявність масивних фотонів змінює рівняння Максвелла в просто слід додати нову привабливу силу, яка в деяких випадках може бути сильнішою, ніж гравітація поодинці.
Іншими словами, нова електромагнітна сила, можливо, зможе утримувати швидкоплинні зірки, пов'язані в мотузці, взагалі усуваючи потребу в темній речовині.
Але це непросто. Магнітні поля протікають у всій зоряному газі галактики, а не в самих зірках. Тож ця сила не може потрапляти безпосередньо на зірки. Натомість сила повинна зробити своє тяга тегам, і газ якось повинен повідомити зіркам про те, що є нове місто-шериф.
Що стосується масивних короткочасних зірок, це досить прямо. Сам газ шипить навколо галактичного ядра з максимальною швидкістю, утворює зірку, зірка живе, зірка вмирає, а залишки повертаються до газу досить швидко, що за всіх намірів і цілей ці зірки імітують рух газу, даючи нам криві обертання, які нам потрібні.
Велика біда в маленьких зірках
Але маленькі, довговічні зірки - ще один звір. Вони відокремлюються від газу, який утворив їх, і живуть власним життям, орбітуючи навколо галактичного центру багато разів, перш ніж вони закінчуються. А оскільки вони не відчувають дивної нової електромагнітної сили, вони повинні просто відійти від своїх галактик, бо ніщо їх не контролює.
Дійсно, якби цей сценарій був точним і масивні фотони могли замінити темну матерію, наше власне сонце не було б там, де воно є сьогодні.
Більше того, у нас є дуже вагомі підстави вважати, що фотони справді безмасштабні. Звичайно, рівняння Максвелла, можливо, не дуже хвилюють, але особлива відносність і теорія квантових полів, безумовно, це роблять. Ви починаєте возитися з фотонною масою, і вам належить багато пояснити, містере.
Крім того, те, що всі люблять криві обертання галактики, не означає, що вони єдиний наш шлях до темної матерії. Спостереження за кластерами Галактики, гравітаційне лінзування, ріст структури у Всесвіті та навіть космічний мікрохвильовий фон спрямовані на бік якогось невидимого для нашого Всесвіту компонента.
Навіть якщо фотон мав масу і міг якось пояснити рухи всі зірки в галактиці, не тільки масивні, це не змогло б пояснити безліч інших спостережень (наприклад, як нова електромагнітна сила може пояснити гравітаційне вигин світла навколо скупчення галактики? Це не риторичне питання - не може). Іншими словами, навіть у космосі, наповненому масивними фотонами, нам теж потрібна темна матерія.
Ви можете прочитати статтю журналу тут.
