Когда вы делаете открытие самостоятельно – даже если вы последний человек на Земле, увидевший истину – вы его никогда не забудете.
— Карл Саган
Когда мы рассуждаем о тёмной материи (ТМ) и её альтернативах, мы говорим, ни больше, ни меньше – о задаче объяснения структуры каждого крупного объекта Вселенной. А это каждая из миллиардов галактик, а также их формирование, объединение и группирование.
На самых крупных масштабах – на которых каждый пиксель карты выше представляет целую галактику – ТМ с лёгкостью превосходит всех конкурентов. Ни один из конкурентов ТМ и близко не подходит к её успеху в объяснении крупномасштабных структур Вселенной.
Но это не останавливает поток сенсационных заголовков. Мы по понятным причинам чувствуем себя неудобно из-за того, что не являемся самой важной вещью во Вселенной. Мы возражали против того, что Земля не является центром Вселенной, мы возражали против того, что Солнце – всего лишь средней руки звезда, мы возражали против того, что спиральные туманности в небесах оказались другими галактиками, схожими с нашей, и теперь мы возражаем против того, что все известное нам вещество Вселенной – протоны, нейтроны, электроны – значат относительно мало по сравнению с количеством ТМ во Вселенной.
И хотя ТМ пока остаётся единственной теорией, успешной на крупных масштабах – для галактических скоплений, сверхскоплений и нитей, флюктуаций микроволнового излучения, нуклеосинтеза Большого взрыва, гравитационного линзирования, и т.п. – её альтернативы выигрывают у неё в одном месте – в случае отдельных галактик.
В каком случае это так?
Это спиральная галактика NGC 6744, которую часто зовут близнецом Млечного пути. Она немного больше нашей, но согласно измерениям структуры нашей Галактики, включая перемычку и спиральные рукава, больше всего походит на нашу из всех изученных нами галактик.
Когда мы смотрим на спиральные галактики, мы видим взаимоотношение между скоростью вращения и расстоянием от центра. Это взаимоотношение очень простое, и лучше всего описывается эмпирической, феноменологической (то есть, вдохновлённой не физическими теориями, а данными) моделью, известной, как модифицированная Ньютоновская динамика (МОНД). К этой теории можно прийти разными путями, в том числе, постулировав наличие в космическом вакууме диэлектрической гравитационной среды.
Можно запихнуть в электрическое поле непроводящий материал, состоящий из положительных (ядерных) и отрицательных (электроны) зарядов. Диэлектрик реагирует с электрическим полем, поляризуется и изменяет электрический потенциал пространства.
Эту аналогию можно было бы использовать для гравитации, если бы существовали отрицательные массы и некий гравитационный диэлектрик. Эта идея существует давно, и новая работа Драгана Гайдуковича [Dragan Hajdukovic] наделала много шума, заявив, что в роли негативной массы выступают виртуальные частицы антиматерии. И это могло бы объяснить, почему галактики выглядят именно так.
Конечно, необходимо было бы объяснить и всё остальное, что объясняет ТМ, и пришлось бы отказаться от нескольких важных вещей, в частности, принципа эквивалентности Эйнштейна. Не то, чтобы ТМ была панацеей – у неё всегда были проблемы с отдельными галактиками, с такими, как Млечный путь или NGC 6744.
Какие проблемы? Смоделировав формирование структур отдельных галактик, используя ТМ и нормальную материю в ожидаемых пропорциях, мы получаем некоторые проблемы.
Во-первых, для достижения большой яркости галактикам требуется много времени. Разглядывая прошлое Вселенной, мы видим очень яркие галактики – некоторые даже ярче сегодняшнего Млечного пути – и это когда Вселенной было всего 1-2 миллиарда лет! Считалось, что галактикам, напоминающим Млечный путь, на формирование требуется гораздо больше времени, а если они так давно стали такими яркими, у них просто закончится газ для формирования новых звёзд. Кроме того, все симуляции дают нам большие центральные утолщения, которые слишком велики и слишком ярки, чтобы объяснить их обычной тёмной материей, и не совсем подходящие структуры для появления спиральных рукавов.
Разве не было бы интересно, если бы мы решили эти проблемы, и объяснили галактики нашей Вселенной – разрешив последнюю большую трудность ТМ – без необходимости обращаться к альтернативам?
И вот, в 2011 году мы успешно вычислили, откуда берётся материал для формирования молодых звёзд в Млечном пути: это высокоскоростные межгалактические газовые облака! В среднем в Млечный путь ежегодно попадает масса газа, сравнимая с солнечной, пополняя резервы газа, используемого для формирования новых звёзд.
А что насчёт второй загадки, воспроизведения структуры Млечного пути?
Благодаря другому исследованию и новым симуляциям (на видео), мы успешно можем воссоздать галактику типа Млечного пути, используя модель тёмной материи! Успех!
Знаю, что кто-то всё равно останется при своём мнении, пока кусок тёмной материи не ударит его по лицу до слёз, но для ТМ эти открытия означают большой прогресс. Всё ещё есть достойные альтернативы, но им предстоит пройти долгий путь, чтобы сравняться с этой теорией.
И теперь, даже если моя родительская компания оскорбляет ТМ и рекламирует альтернативы, я говорю себе: «все ненавистники идут налево», и счастливо греюсь в лучах потрясающего успеха лучшей теории структур Вселенной: тёмной материи.
Комментарии (24)
PretorDH
12.11.2016 03:25Автор видимо последних новостей не читал:
http://phys.org/news/2016-10-universe-ten-galaxies-previously-thought.html
arxiv.org/abs/1607.03909
Lertmind
12.11.2016 04:00Неужели? Открываем оригинал:
Posted by Ethan on September 2, 2011
thatsme
12.11.2016 18:34+2Польза хождения по ссылкам… Это, что нас на гиктаймсе, статьями 5-литней давности кормят? А мы в коментах надрываемся… И из за этого возникают религиозные войны. Что там было про учёных насиловавших журналистов?
Просьба к переводчикам: «Не печатайте древние статьи!».
VenomBlood
12.11.2016 05:06А как количество галактик во вселенной влияет на темную материю? Я напомню вам что мы наблюдаем некоторые достаточно близкий (в астрономических мерках конечно) галактики и заметили бы кучу карликовых галактик вокруг если бы они там были.
Psychosynthesis
12.11.2016 03:53Эм… Чёт я не понял, модель они сделали, но что это такое по прежнему объяснить не могут? Выглядит как обычная подгонка параметров модели под реальные данные. В чём прорыв тогда?
unxed
12.11.2016 11:20Наука не про то, чтобы объяснить, что это такое. Наука про то, как это работает.
Никто не знает, что такое сильное взаимодействие или электромагнитное поле.
Никто не знает, откуда берутся фундаментальные константы, и почему они именно такие.
Но мы знаем, как они работают, и можем это использовать.ankh1989
12.11.2016 11:55Точнее мы не знаем как они работают. Просто так получается, что наш мир неплохо описывается формулами, а наука это по сути угадывание этих формул. Интересно почему мир не устроен по другому: скажем вот здесь приятжение явно описывается формулой Ньютона, а вот под тем деревом в трёх метрах отсюда сила притяжение вдруг имеет вид логарифма и никакого вменяемого объяснения этому нет?
RigelNM
12.11.2016 12:25«Newtoman»… как вам это нравится! Статья просто наполнена нетерпимостью к другим теориям. Научный спор конечно вещь полезная, но к чему эти крестовые походы?
thatsme
12.11.2016 18:24-1А я рад, что Итана до религиозного батхёрта прорвало. Это показательно. Он всегда был безапелляционным и зашореным.
Delics
12.11.2016 13:26Отлично, теперь все, кто с осторожностью относится к «Темной энергии» оказываются на самом деле «возражают против того, что Земля не является центром Вселенной».
Читал ли автор в оригинале каких-нибудь известных и именитых учёных, работающих (работавших) в этой области? Хокинга, Торна, Новикова и других.
Никто из них не настроен карать за непризнание «Темной энергии». Они и сами пишут, что это «временная теория», пока нет ничего получше.
DrZlodberg
12.11.2016 17:00Непонятно… Изначально на видео примерно статичные частицы, потом их стягивает гравитация. Откуда берётся согласованное вращение? Суммарный момент системы не должен быть неизменным?
Понятно, почему образуется диск, но вот почему получается синхронное вращение? Куда деваются частицы, которые вначале вращаются в противоположную сторону относительно ЦТ?
don_ikar
13.11.2016 00:33Дело в том, что «изначально» частицы распределены не абсолютно равномерно. Достаточно единственной локальной нерегулярности — и понеслось…
alex_blank
12.11.2016 18:38Про работы Верлинде я так понимаю автор ничего не слышал?
Вот буквально несколько дней назад вышла публикация по эмергентной гравитации:
New theory of gravity might explain dark matter
Emergent Gravity and the Dark Universe (arXiv.org)
TL/DR: гравитация не является фундаментальной силой, а возникает из более тонких взаимодействий. Автор заявляет, что его теория объясняет наблюдения так же хорошо, как и темная материя — но без тёмной материи.thatsme
13.11.2016 06:12+1Выше я линковал его предыдущую работу от 2010-го года. Кстати, указанная Вами работа есть уже во второй редакции: https://arxiv.org/pdf/1611.02269v2. Эта работа читается сложнее, но она значительно подробнее со множеством разъяснений наблюдаемых феноменов, и их описания в рамках его (Верлинде) теории. Очень интересная работа.
Но я не специалист. И смотрю я (к примеру) на (7.38) и (7.39) и понимаю, что массу нужно вычислять! Не по энергии вычислять, не по косвенным признакам… Нет, у меня на эту тему, никакого батхёрта нет. Мне просто становится сложно. Невероятно сложно.thatsme
13.11.2016 06:30+1Полез к Итану, проверить, чего он свеженького написал. И тут на тебе у Итана вчера вышла статья (почему-то доступна пока только на форбсе), с критикой работы Верлинды (и уже 2-й редакции препринта). И дочитав, вот до этой фразы:
Verlinde’s model allows gravitational mass to emerge, but there is no mention of inertial mass, or why those two are the same.
До меня дошло, что до Итана не дошло(!), что массу нужно вычислять(!), и никаких нарушений в E=mc? не происходит.
Видимо не только мне сложно с этим препринтом.
i360u
13.11.2016 12:25ТМ — это НЁХ. И в этом главная проблема. ТМ — это наше незнание. Я не совсем понимаю почему автору так нравится его незнание.
Pavel-Well
13.11.2016 13:57Хороший перевод статьи, хотя и запоздалый немного. Мне особенно понравилось, что Итан честно обозначает проблему теории ТМ: почему тёмная материя концентрируется в гало галактик, а не в их центре (или хотя бы равномерно)?
ТМ пока остаётся единственной теорией, успешной на крупных масштабах – для галактических скоплений, сверхскоплений и нитей, флюктуаций микроволнового излучения, нуклеосинтеза Большого взрыва, гравитационного линзирования, и т.п. – её альтернативы выигрывают у неё в одном месте – в случае отдельных галактик.
На английском эта проблема называется Cuspy Halo Problem, ну а у нас эта проблема замалчивается (якобы вообще нет проблем у теории ТМ).
Ещё у теории ТМ есть проблема с несовпадением количества наблюдаемых карликовых галактик около нашей Галактики и их количеством согласно теории ТМ (согласно теории ТМ таких галактик-спутников должно быть раз в 50 больше). В этой работе авторы намекают, что проблема недостатка мини-галактик в гало связана с проблемой концентрации ТМ в этом гало.
В мире проблема известна под именем Dwarf Galaxy Problem, а у нас опять же малоизвестна (обратите внимание, что в Википедии статьи на русском нет ни по первой, ни по второй проблеме).
Saffron
14.11.2016 21:28> Ни один из конкурентов ТМ и близко не подходит к её успеху в объяснении крупномасштабных структур Вселенной
Но ведь задача теории — это предсказания, а не объяснения. Теория должна быть фальсифицируемой, иначе это не научная теория.
74311
… Знаю, что кто-то всё равно останется при своём мнении…
-но разве смысл всей писанины не убедить?
тогда почему кто-то может остаться при своем мнении
… текст должен быть более детальным убедительным исчерпывающим… для оленей так сказать.не себя Итан убедить пытаться должен а сомневающегося непонимающего
со всей детальностью разбора… не игнорируя мутности и нестыковки… не натягивая факты на теорию… со всей полнотой пересечения понятий и терминов, возможностей и невозможностей… как быть с тем например что рядом под носом имеет несколько большее значение вероятность отсутствия ошибок, верное понимание увиденного, чем то что еле видно на горизонте… все эти писульки простите не есть популяризация, для этого есть более подходящие слова… последние строчки явно на это намекают))
thatsme
У Итана так не получается. Он верит. Это самое страшное, что может произойти с учёным. Очень часто он игнорирует свежие факты и данные, как-будто читаешь переводы 5-ти летней давности. И вот оно прорвало.
При чём здесь ненависть вообще?
ТМ ищут потому, что есть наблюдения которые говорят о её существовании. Её нужно «осветлисть», искать и найти. Это нужно продолжать делать. С 2012-го года появляются статьи об обнаружении массивных гало газа вокруг Млечного Пути и Андромеды. Это обычная, барионная материя, причём для Млечного Пути подтверждено вращение этого гало вместе с диском галактики, однако скорость вращения ниже чем у диска.
Это гигантская масса. Масса гало МП равна сумме масс звёзд МП. А Масса гало Андромеды в 6 раз превышает сумму масс звёзд в ней.
Но эта барионная масса не объясняет на 100% феномена скорости движения звёзд с одинаковой линейной скоростью, как снаружи так и внутри диска.
Далее найденные хаблом невидимые ранее галактики, кол-во которых превышает ранее расчитываемое в 10-20 раз, также пока не говорит о том как % соотношение масс барионной и тёмной, а также тёмной энергий сдвигается в сторону барионной. Расчётов пока нет.
И пока не будет найдено объяснение всем феноменам которые привязаны к ТМ, она так тёмной и останется.
Я прочитал препринт, от которого у Итана батхёрт. Даже для не специалиста, математика в статье выглядит простой, красивой и законченной. Но понять и осознать эту статью целиком я не смог. Не тот профиль. В комментариях, я задал вопросы, но никто из тех кто в этом детально разбирается, либо не счёл нужным отвечать, либо даже не читал препринт.
А вопросы по моему действительно интересные, по крайней мере для меня. Но тут это будет оффтопом.
P.S.: линки по поводу гало газа:
https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/H-12-331.html
http://www.nasa.gov/feature/goddard/2016/astronomers-discover-dizzying-spin-of-the-milky-way-galaxy-s-halo
http://www.nasa.gov/feature/goddard/nasa-s-hubble-finds-giant-halo-around-the-andromeda-galaxy
thatsme
Препринт о котором я упоминал: https://arxiv.org/pdf/1001.0785.pdf