سأكون أول من يعترف بأننا لا نفهم المادة المظلمة. على سبيل المثال ، عندما ننظر إلى مجرة ونحسب كل القطع المتوهجة الساخنة مثل النجوم والغاز والغبار ، نحصل على كتلة معينة. عندما نستخدم أي تقنية أخرى على الإطلاق لقياس الكتلة ، نحصل على رقم أعلى بكثير. لذا فإن النتيجة الطبيعية هي أنه ليست كل المادة في الكون كلها ساخنة ومتوهجة. ربما البعض إذا كان مظلمًا.
لكن انتظر. أولا يجب علينا التحقق من الرياضيات لدينا. هل نحن على يقين من أننا لا نخطئ فقط في بعض الفيزياء؟
تفاصيل المادة المظلمة
قطعة رئيسية من لغز المادة المظلمة (على الرغم من أنها بالتأكيد ليست الوحيدة ، وهذا سيكون مهمًا لاحقًا في المقالة) تأتي في شكل ما يسمى بمنحنيات دوران المجرات. بينما نراقب النجوم تدور في دوران حول مركز مجراتهم ، من خلال جميع الحقوق ، يجب أن تتحرك تلك الأبعد عن المركز أبطأ من تلك الأقرب إلى المركز. وذلك لأن معظم كتلة المجرة مزدحمة في القلب ، والنجوم الخارجية بعيدة كل البعد عن كل تلك الأشياء ، وبسبب الجاذبية النيوتونية البسيطة ، يجب أن تتبع المدارات البطيئة البطيئة.
لكنهم لا يفعلون.
وبدلاً من ذلك ، تدور النجوم الأبعد خارجًا بنفس سرعة مدار أبناء عمومتهم في المدينة.
نظرًا لأن هذه لعبة جاذبية ، هناك خياران فقط. إما أن نخطئ في الجاذبية ، أو أن هناك أشياء غير مرئية إضافية تنقع كل مجرة. وبقدر ما يمكننا أن نقول ، نحن نحصل على الجاذبية ، تمامًا (هذا مقال آخر) ، لذا فإن الازدهار: المادة المظلمة. هناك شيء ما يُبقي هذه النجوم المتحررة عالقة داخل مجراتها ، وإلا لكانت قد انبثقت كأنها خارج نطاق السيطرة قبل ملايين السنين ؛ على سبيل المثال ، هناك مجموعة كاملة من الأشياء التي لا يمكننا رؤيتها مباشرة ولكن يمكننا اكتشافها بشكل غير مباشر.
الحصول على ثقيل
ولكن ماذا لو كانت هذه ليست مجرد لعبة جاذبية؟ هناك ، بعد كل شيء ، أربع قوى أساسية للطبيعة: النووية القوية ، والنووية الضعيفة ، والجاذبية ، والكهرومغناطيسية. هل يستطيع أي منهم اللعب في هذه اللعبة المجرية الكبيرة؟
تعمل الطاقة النووية القوية فقط بمقاييس صغيرة دون ذرية صغيرة ، لذا فهي خارجة تمامًا. ولا أحد يهتم بالطاقة النووية الضعيفة إلا في حالات فساد وتفاعلات نادرة معينة ، لذا يمكننا وضع ذلك في الجانب أيضًا. والكهرومغناطيسية ... حسنًا ، من الواضح أن المجالات الإشعاعية والمغناطيسية تلعب دورًا في حياة المجرة ، لكن الإشعاع يدفع دائمًا إلى الخارج (لذا من الواضح أنه لن يساعد في إبقاء النجوم سريعة الحركة مقيدة) والمجالات المغناطيسية المجرة ضعيفة بشكل لا يصدق (ليس أقوى من مليون المجال المغناطيسي للأرض). لذا ... لا تذهب ، أليس كذلك؟
مثل كل شيء في الفيزياء ، هناك مخرج مخادع. بقدر ما يمكننا أن نقول ، الفوتون - حامل القوة الكهرومغناطيسية نفسها - لا كتلة له تمامًا. لكن الملاحظات هي ملاحظات ولا يُعرف شيء في العلم على وجه اليقين ، والتقديرات الحالية تضع كتلة الفوتون عند ما لا يزيد عن 2 × 10-24 كتلة الإلكترون. بالنسبة لجميع المقاصد والأغراض ، فإن هذا في الأساس هو صفر لأي شيء يهتم به أي شخص. ولكن إذا الفوتون هللديها كتلة ، حتى أقل من هذا الحد ، يمكنها أن تفعل بعض الأشياء المضحكة للكون.
مع وجود الكتلة في الفوتون ، فإن معادلات ماكسويل ، والطريقة التي نفهم بها الكهرباء والمغناطيسية والإشعاع ، تتخذ شكلاً معدلًا. تظهر مصطلحات إضافية في الرياضيات وتتشكل التفاعلات الجديدة.
هل تشعر بذلك؟
التفاعلات الجديدة معقدة بشكل مناسب وتعتمد على السيناريو المحدد. في حالة المجرات ، تبدأ مجالاتها المغناطيسية الضعيفة بالشعور بشيء خاص. بسبب التشابك المتشابك والملتوي للحقول المغناطيسية ، فإن وجود الفوتونات الضخمة يعدل معادلات ماكسويل في مجرد الطريق الصحيح لإضافة قوة جذابة جديدة يمكن في بعض الحالات أن تكون أقوى من الجاذبية وحدها.
وبعبارة أخرى ، قد تكون القوة الكهرومغناطيسية الجديدة قادرة على إبقاء النجوم سريعة الحركة مشدودة ، مما يلغي الحاجة إلى المادة المظلمة تمامًا.
لكن ذلك ليس سهلا. تنتشر الحقول المغناطيسية في جميع أنحاء الغاز النجمي للمجرة ، وليس النجوم نفسها. لذا لا يمكن لهذه القوة أن تهاجم النجوم مباشرة. بدلاً من ذلك ، يجب على القوة أن تُظهر جاذبيتها للغاز ، وبطريقة ما يجب على الغاز أن يُعلم النجوم بأن هناك بلدة جديدة للمشرفين.
في حالة النجوم الضخمة القصيرة العمر ، هذا واضح جدًا. الغاز نفسه يجلد حول قلب المجرة بأقصى سرعة ، ويشكل نجمًا ، ويعيش النجم ، ويموت النجم ، وتعود البقايا إلى الغاز بسرعة كافية بحيث تحاكي تلك النجوم حركة الغاز لجميع الأغراض والأغراض لنا منحنيات الدوران التي نحتاجها.
مشكلة كبيرة في النجوم الصغيرة
لكن النجوم الصغيرة المعمرة هي وحش آخر. ينفصلون عن الغاز الذي شكلهم ويعيشون حياتهم الخاصة ، يدورون حول مركز المجرة عدة مرات قبل انتهاء صلاحيتها. وبما أنهم لا يشعرون بالقوة الكهرومغناطيسية الجديدة الغريبة ، فينبغي عليهم أن يبتعدوا تمامًا عن مجراتهم تمامًا ، لأنه لا يوجد شيء يمنعهم.
في الواقع ، إذا كان هذا السيناريو دقيقًا ويمكن للفوتونات الضخمة أن تحل محل المادة المظلمة ، فلا ينبغي أن تكون شمسنا في مكانها الحالي.
علاوة على ذلك ، لدينا سبب وجيه للاعتقاد بأن الفوتونات لا كتلة لها حقًا. بالتأكيد ، قد لا تهتم معادلات ماكسويل كثيرًا ، لكن النسبية الخاصة ونظرية المجال الكمومي ستفعلان بالتأكيد. تبدأ العبث مع كتلة الفوتون ولديك الكثير من الشرح لتفعله ، سيد.
بالإضافة إلى ذلك ، لمجرد أن الجميع يحب منحنيات دوران المجرات لا يعني أنهم طريقنا الوحيد إلى المادة المظلمة. تُشير ملاحظات مجموعات المجرات ، والعدسات الثقالية ، ونمو البنية في الكون ، وحتى الخلفية الميكروية الكونية إلى اتجاه نوع ما من العناصر غير المرئية لكوننا.
حتى لو كان للفوتون كتلة ، وكان قادرا بطريقة أو بأخرى على تفسير حركات الكل النجوم في المجرة ، وليس المجرات الضخمة فقط ، لن تكون قادرة على شرح مجموعة من الملاحظات الأخرى (على سبيل المثال ، كيف يمكن لقوة كهرومغناطيسية جديدة أن تفسر انحناء الجاذبية للضوء حول مجموعة المجرات؟ إنه ليس سؤالًا بلاغيًا - لا تستطيع). بعبارة أخرى ، حتى في الكون المليء بالفوتونات الضخمة ، ما زلنا بحاجة إلى مادة مظلمة أيضًا.
يمكنك قراءة مقال المجلة هنا.
