نظریه تازه‌ای برای گرانش که وجود ماده تاریک را رد می‌کند

نمونه‌ای از پدیده‌ی همگرایی گرانشی درخوشه‌ی کهکشانی غول‌پیکر "آبل اس-۱۰۶۳"-درباره‌ی این عکس اینجا بخوانید
* یک نظریه‌ی جنجال‌برانگیز تازه که نظریه‌ی گرانش آلبرت اینشتین را به چالش می‌کشد و وجود ماده‌ی تاریک را هم رد می‌کند، نخستین آزمون خود را پشت سر گذاشته.

تقریبا همه‌ی فیزیکدانان بر این باورند که گرانش بر پایه‌ی قانون گرانش نیوتن و نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین رفتار می‌کند. با این وجود، مشاهدات ما از کیهان نشان می‌دهد که حرکت کهکشان‌ها را نمی‌توان با کشش‌های گرانشی ماده‌ی معمولی توضیح داد- از همین رو جوهره‌ای نادیدنی به نام ماده‌ی تاریک پیشنهاد شده که به باور دانشمندان، کشش گرانشی خود را بر ماده‌ی معمولی وارد می‌کند.

اکنون یک گروه از اخترشناسان که پراکندگی ماده در بیش از ۳۰ هزار کهکشان را بررسی می‌کنند می‌گویند مشاهداتشان می‌تواند با یک نظریه‌ی جایگزین توضیح داده شود که در آن به وجود ماده‌ی تاریک نیازی نیست. اگر این "گرانش اصلاح شده" (modified gravity) درست باشد، می‌تواند شناخت صدها ساله‌ی ما از فیزیک بنیادی را زیر و رو کند.

مارگو براور از دانشگاه لیدن هلند به همراه همکارانش به منظور اندازه گرفتن محتوای ماده‌ی تاریک این کهکشان‌ها، اثر همگرایی گرانشی (خم شدن نور کهکشان‌های دورتر بر پایه‌ی پیش‌بینی نظریه‌ی اینشتین) را در آنها بررسی کردند.

آنان با شگفتی پی بردند که همگراییِ دیده شده را می‌توان به سادگی با یک مدل تازه‌ی گرانش و بدون آن که دست به دامن ماده‌ی تاریک شویم توجیه کرد.

اریک ورلاند، یک فیزیکدان نظری در دانشگاه آمستردام هلند بر روی مدل دیگری از گرانش کار می‌کرده که به شدت از مکانیک کوانتومی، نسبیت، نظریه‌ی اطلاعات، و نظریه‌ی ریسمان وام گرفته. این مدل همچنین بر پایه‌ی مدل‌هایی جنجال‌برانگیز بنا شده که به اصطلاح به نام گرانش اصلاح شده شناخته می‌شوند.، مانند نظریه‌ی دینامیک نیوتنیِ اصلاح شده‌ی مردخای میگرام (MOND).

محاسبات ورلاند با مشاهدات این پژوهش تازه سازگار است، بدون آن که نیازی به در نظر گرفتن پارامترهای آزاد باشد- اساسا مقادیری که بشود آنها را به دلخواه تغییر داد تا نظریه با مشاهدات سازگار شود. به گفته‌ی براور، در مقابل آن، مدل‌های ماده‌ی تاریک برای سازگاری با داده‌های مشاهدات نیاز به چهار پارامتر آزاد دارد.

براور می‌گوید: «مدل ماده‌ی تاریک در عمل کمی بهتر از پیش‌بینی ورلاند با داده‌ها سازگار است، ولی اگر از نظر ریاضی این واقعیت که پیش‌بینی‌های ورلاند بر خلاف مدل ماده‌ی تاریک هیچ پارامتر آزادی ندارد را در نظر بگیریم پی می‌بریم که مدل ورلاند در عمل کمی بهتر کار می‌کند.»

عدسی‌های کهکشانی
براور در پژوهش خود با بهره از کاتالوگ کهکشان‌های دوردست که در ۲۰۱۱ و ۲۰۱۵ منتشر شده بود، به مناطقی نزدیک به قرص دیدارپذیرِ هر یک از این کهکشان‌ها نگاه کرد. این مناطق جاهایی هستند که نور کهکشان‌های دورتر در اثر همگرایی گرانشی ناشی از آن کهکشان باید در آن جاها خم شود.

این پژوهشگران با بهره از الگوریتم‌های آماری که شکل و رنگ کهکشان‌های پس‌زمینه (کهکشان‌های دورتر) را در نظر می‌گیرد، یک نمایه‌ی همگرایی برای کهکشان‌ نزدیک‌تر به دست آوردند. این تا اندازه‌ای مانند اینست که یک تصویر که می‌دانیم چیست را بر روی یک ورقه‌ی شیشه‌ایِ تاب خورده و ناهموار بیندازیم و سپس ویژگی‌های اپتیکی ورقه‌ی شیشه‌ای را از روی چیزی که در آن سمت شیشه می‌بینیم به دست آوریم.

پژوهشگران با پی بردن به اعوجاج‌های گرانشیِ هر کهکشانِ پیش‌زمینه، دو نمایه‌ی همگرایی درست کردند- یکی بر پایه‌ی مدل گرانشی ورلاند و یکی هم بر پایه‌ی مدل کنونی ماده‌ی تاریک.

خوب اگر مدل ورلاند سازگاری بهتری دارد، پس دیگر مشکل چیست؟ پاسخ این پرسش "بدعتگذاری گرانشی" است! گرانشی که ورلاند می‌گوید شدیدتر از گرانش نیوتن و اینشتین است و در مقایسه با آنها، با افزایش فاصله کُندتر کاهش می‌یابد.

برای بیشتر فیزیکدانان و اخترشناسان امروزی کنار آمدن با چنین ادعایی کار آسانی نیست. نظریه‌های گرانش نیوتن و اینشتین از نظر تجربی آن چنان اعتبار نیرومند و فراگیری دارند که نظریه‌ی ورلاند با گفتن این که گرانش می‌تواند چیزی به جز گفته‌های آنان باشد، چیزی در حد کفرگویی دانسته می‌شود. نظریه‌پرداز ریسمان لوبوش موتل در وبلاگش به نظریه‌ی ورلاند تاخته: «من این نظریه‌ی نادرست را به عنوان یک پژوهشنامه‌ی دوره‌ی کارشناسی نمی‌پذیرم.» [در همین زمینه: * چرا کسی نمی تواند انیشتین را رد کند؟]

ولی میگرام از این پژوهش پشتیبانی می‌کند. او همچنین خاطرنشان می‌کند که بر پایه‌ی پژوهشی که خود وی در سال ۲۰۱۳ رویِ داده‌های همگرایی گرانشی کهکشان‌ها انجام داده بود، نظریه‌‌اش (MOND) هم به نتایجی می‌رسد که به اندازه‌ی مدل گرانشی ورلاند در پژوهش براور چشمگیر است.

ورلاند می‌گوید: «روش کار معادله‌های من با معادله‌های میلگرام تفاوت دارد، و این در مورد خوشه‌های کهکشانی می‌تواند بسیار مهم باشد... ولی در مورد کار براور، فرمولی که من به دست آوردم به کار رفته، و باید این را بپذیرم که این همان فرمولیست که میلگرام می‌توانست به دست آورد. آنها [گروه براور] [همین کار را کردند] و معاله‌های وی را هم در پژوهش به کار بردند. به نظر با هم سازگارند.»

نگارش پیش‌چاپ پژوهشنامه‌ی این دانشمندان در arXiv در دسترس است.

--------------------------------------------
به تلگرام یک ستاره در هفت آسمان بپیوندید:

واژه نامه:
gravity - Albert Einstein - dark matter - Isaac Newton - general relativity - galaxy - modified gravity - Margot Brouwer - Leiden University - Netherlands - gravitational lensing - Erik Verlinde - University of Amsterdam - quantum mechanics - information theory - string theory - Modified Newtonian Dynamics - MOND - Mordehai Milgrom - algorithm - Lubos Motl - galaxy cluster

منبع: newscientist

0 دیدگاه شما:

Blogger template 'Browniac' by Ourblogtemplates.com 2008

بالای صفحه