Nuvarande teorier kanske inte beskriver vårt universum så exakt. Bildkredit: Bryssel Museum of Fine Arts och Space Telescope Institute. Klicka för att förstora
En kinesisk astronom från University of St. Andrews har finjusterat Einsteins banbrytande tyngdkraftteori och skapat en "enkel" teori som skulle kunna lösa ett mörkt mysterium som har förbryllade astrofysiker under tre fjärdedelar av ett sekel.
En ny tyngdkraftslag, utvecklad av Dr Hong Sheng Zhao och hans belgiska samarbetspartner Dr Benoit Famaey från Free University of Brussels (ULB), syftar till att bevisa om Einsteins teori faktiskt var korrekt och om det astronomiska mysteriet Dark Matter verkligen existerar. Deras forskning publicerades den 10 februari i USA-baserade Astrophysical Journal Letters. Deras formel antyder att tyngdkraften sjunker mindre kraftigt med avståndet som i Einstein, och ändras subtilt från solsystem till galaxer och till universum.
Teorierna om gravitationens fysik utvecklades först av Isaac Newton 1687 och förfinades av Albert Einsteins allmänna relativitetsteori 1905 för att möjliggöra ljusböjning. Även om det är den tidigaste kända kraften, är allvarlighet fortfarande mycket ett mysterium med teorier som fortfarande inte bekräftas av astronomiska observationer i rymden.
Problemet med de gyllene lagarna i Newton och Einstein är medan de fungerar mycket bra på jorden, de förklarar inte stjärnrörelsen i galaxer och ljusets böjning exakt. I galaxer roterar stjärnor snabbt runt en central punkt, som hålls i omloppsbana av ämnets gravitationella attraktion i galaxen. Men astronomer fann att de rörde sig för snabbt för att hållas av deras ömsesidiga tyngdkraft - så inte tillräckligt med tyngdkraft för att hålla galaxerna ihop istället skulle stjärnor kastas i alla riktningar!
Lösningen på detta, som föreslogs av Fritz Zwicky 1933, var att det fanns osynligt material i galaxerna, vilket utgjorde tillräckligt med tyngdkraften för att hålla galaxerna samman. Eftersom detta material avger inga ljus astronomer kallar det "Dark Matter". Det tros stå för upp till 90% av materien i universum. Men inte alla forskare accepterar Dark Matter-teorin. En rivaliserande lösning föreslogs av Moti Milgrom 1983 och säkerhetskopierades av Jacob Bekenstein 2004. Istället för att det inte fanns osynligt material föreslog Milgrom att astronomernas förståelse av tyngdkraften var felaktig. Han föreslog att en ökning av allvarlig materiens allvar är orsaken till denna acceleration.
Milgroms teori har bearbetats av ett antal astronomer sedan och Dr Zhao och Dr Famaey har föreslagit en ny formulering av hans arbete som övervinner många av de problem som tidigare versioner har mött.
De har skapat en formel som gör att tyngdkraften kan förändras kontinuerligt över olika avståndsskalor och viktigast av allt passar uppgifterna för observationer av galaxer. Att passa galaxdata lika bra i det rivaliserande Dark Matter-paradigmet skulle vara lika utmanande som att balansera en boll på en nål, vilket motiverade de två astronomerna att titta på en alternativ tyngdkraftsidé.
Legenden säger att Newton började tänka på allvar när ett äpple föll på hans huvud, men enligt Dr Zhao, ”Det är inte uppenbart hur ett äpple skulle falla i en galax. Herr Newtons teori skulle vara av med stor marginal - hans äpple skulle flyga ut från Vintergatan. Insatser för att återställa äpplet på en fin bana runt galaxen har under åren lett till två tankeskolor: Dark Matter versus non-Newtonian gravity. Dark Matter-partiklar kommer naturligt från fysik med vackra symmetrier och förklarar kosmologin vackert; de tenderar att vara överallt. Det verkliga mysteriet är hur man kan hålla dem borta från några hörn av universum. Dark Matter kommer också hand i hand med Dark Energy. Det vackrare om det fanns ett enkelt svar på alla dessa mysterier ”.
Dr Zhao, en PPARC Advanced Fellow vid University of St Andrews, School of Physics and Astronomy, och medlem av Scottish Universities Physics Alliance (SUPA), fortsatte ”Det har alltid varit en sann chans att astronomer kan skriva om gravitationen. Vi har skapat en ny formel för gravitation som vi kallar "den enkla formeln", och som faktiskt är en förfining av Milgroms och Bekensteins. Det överensstämmer med galaxdata hittills, och om dess förutsägelser verifieras ytterligare för solsystem och kosmologi kan det lösa Dark Matter-mysteriet. Vi kan kanske svara på vanliga frågor som om Einsteins tyngdkraftteori är rätt och om det så kallade Dark Matter verkligen finns.
”En icke-Newtonian gravitationsteori är nu helt specificerad på alla skalor med en jämn kontinuerlig funktion. Det är redo för andra forskare att förfalska. Det är dags att hålla ett öppet sinne för nya fält som förutses i vår formel medan vi fortsätter vår sökning efter Dark Matter-partiklar. ”
Den nya formeln kommer att presenteras på en internationell workshop vid Edinburghs Royal Observatory i april, som kommer att ges möjlighet att testa och diskutera den omarbetade teorin. Dr Zhao och Dr Famaey kommer att demonstrera sin nya formel för en publik av Dark Matter och gravity experter från tio olika länder.
Dr Famaey kommenterade ”Det är möjligt att varken den modifierade gravitationsteorin eller Dark Matter-teorin, som de formuleras idag, kommer att lösa alla problem med galaktisk dynamik eller kosmologi. Sanningen kan i princip ligga däremellan, men det är mycket troligt att vi saknar något grundläggande om allvar, och att en radikalt ny teoretisk metod kommer att behövas för att lösa alla dessa problem. Ändå är vår formel så attraktiv enkel att det är frestande att se den som en del av en ännu okänd grundläggande teori. Alla galaxdata verkar förklaras utan ansträngning ”.
Originalkälla: PPARC-nyhetsmeddelande
