Erik Verlinde förklarar sin nya syn på tyngdkraften
Låt oss vara ärliga. Mörk materia är en smärta i rumpan. Astronomer har gjort mycket för att förklara varför måste måste existera och existera i enorma mängder, men det förblir doldt. Okänd. Avgör ingen synlig energi men ändå uppenbarligen stark nog för att förhindra galaxer i kluster från att sprida sig fri som vilda hästar, det är överallt i stora mängder. Vad är det - Axions, wimps, gravitinos, Kaluza Klein-partiklar?
Det uppskattas att 27% av allt ämnet i universum är osynligt, medan allt från PB&J-smörgåsar till kvasar står för bara 4,9%. Men en ny tyngdteori som föreslagits av teoretisk fysikerErik Verlinde från University of Amsterdam fick reda på ett sätt att undvika de irriterande sakerna.
Till skillnad från den traditionella tyngdkraften som en grundläggande naturkraft ser Verlinde den som en framväxande egendomav rymden. Emerging är en process där naturen bygger något stort med små, enkla bitar så att den slutliga skapelsen visar egenskaper som de mindre bitarna inte gör. Ta en snöflinga. En komplex symmetri av en snöflinga börjar när en vattendroppe fryser på en liten dammpartikel. När den växande flingan faller, fryser vattenånga på denna ursprungliga kristall, vilket naturligtvis ordnar sig in i en sexkantig (sexsidig) struktur med stor skönhet. Känslan av temperatur är ett annat framväxande fenomen som härrör från rörelse av molekyler och atomer.
Så också med tyngdkraften, som enligt Verlinde kommer från entropin. Vi vet alla om entropi och röriga sovrum, men det är lite subtilare än så. Entropi är ett mått på störning i ett system eller på ett annat sätt, antalet olika mikroskopiska tillstånd som ett system kan vara i. En av de coolaste beskrivningarna av entropi som jag har hört har att göra med värmen som våra kroppar strålar ut. När energin sprids i luften skapar den ett mer oroligt tillstånd runt omkring oss samtidigt som vi minskar vår egen personliga entropi för att säkerställa vår överlevnad. Om vi inte fick bort kroppsvärmen, skulle vi så småningom bli oorganiserade (överhettas!) Och dö.
Emergent eller entropisk tyngdkraft, som den nya teorin kallas, förutspår exakt samma avvikelse i rotationsgraden för stjärnor i galaxer som för närvarande tillskrivs mörk materia. Gravity framgår av Verlindes syn från förändringar i grundläggande informationsbitar lagrade i strukturen i rymdtid, den fyrdimensionella kontinuum som avslöjades av Einsteins allmänna relativitetsteori. I allvar är gravitationen en följd av entropi och inte en grundläggande kraft.
Rymdtid, som består av de tre kända dimensionerna utöver tiden, är flexibel. Massa varper 4-D-tyget till kullar och dalar som styr rörelsen av mindre föremål i närheten. Solen "dra" inte så mycket på jorden som Isaac Newton planerar utan skapar en stor pucker i rymden som jorden rullar runt i.
I en 2010-artikeln, Verlinde visade hur Newtons gravitation, som beskriver allt från hur äpplen faller från träd till små galaxer som kretsar kring stora galaxer, härrör från dessa underliggande mikroskopiska byggstenar.
Hans senaste artikel, med titeln Emergent Gravity and the Dark Universe, fördjupar mörk energis bidrag till mixen. Entropin förknippad med mörk energi, en fortfarande okänd form av energi som är ansvarig för den accelererande expansionen av universum, förvandlar geometri för rymdtiden till ett elastiskt medium.
"Vi upptäcker att det elastiska svaret på detta 'mörka energimedium' har formen av en extra 'mörk' gravitationskraft som verkar bero på 'mörk materia'," skriver Verlinde. "Så de observerade mörka materiafenomenen är en rest, en minneseffekt av uppkomsten av rymdtiden tillsammans med den vanliga materien i den."
Jag kommer att vara den första som säger hur komplexa Verlindes koncept är, inslaget i arcane entanglement entropy, tensor fält och den holografiska principen, men grundtanken, att tyngdkraften inte är en grundläggande kraft, skapar ett fascinerande nytt sätt att titta på ett gammalt ansikte.
Fysiker har försökt i årtionden att förena gravitation med kvantefysik med liten framgång. Och medan Verlindes teori med rätta bör tas med ett saltkorn, kan han erbjuda ett sätt att kombinera de två disciplinerna till en enda berättelse som beskriver hur allt från fallande äpplen till svarta hål kopplas samman i en sammanhängande teori.
