Aktuelle teorier beskriver muligvis ikke vores univers meget nøjagtigt. Billedkredit: Bruxelles Museum for Fine Arts og Space Telescope Institute. Klik for at forstørre
En kinesisk astronom fra University of St. Andrews har finjusteret Einsteins banebrydende teori om tyngdekraften og skabt en 'simpel' teori, der kunne løse et mørkt mysterium, der har forvirret astrofysikere i tre fjerdedele af et århundrede.
En ny tyngdekraftlov, udviklet af Dr. Hong Sheng Zhao og hans belgiske samarbejdspartner Dr Benoit Famaey fra Det Frie Universitet i Bruxelles (ULB), sigter mod at bevise, om Einsteins teori faktisk var korrekt, og om det astronomiske mysterium Dark Matter faktisk eksisterer. Deres forskning blev offentliggjort den 10. februar i de amerikanske baserede Astrophysical Journal Letters. Deres formel antyder, at tyngdekraften falder mindre skarpt med afstanden som i Einstein, og skifter subtilt fra solsystemer til galakser og til universet.
Teorier om tyngdekraftsfysikken blev først udviklet af Isaac Newton i 1687 og forbedret af Albert Einsteins generelle relativitetsteori i 1905 for at tillade lysbøjning. Mens det er den tidligst kendte kraft, er tyngdekraften stadig meget et mysterium med teorier, der stadig ikke er bekræftet af astronomiske observationer i rummet.
"Problemet" med de gyldne love fra Newton og Einstein er, mens de fungerer meget godt på jorden, de forklarer ikke bevægelsen af stjerner i galakser og bøjning af lys nøjagtigt. I galakser roterer stjerner hurtigt omkring et centralt punkt, der holdes i kredsløb af tyngdekraften af stoffet i galaksen. Astronomer fandt dog, at de bevægede sig for hurtigt til at blive holdt af deres gensidige tyngdekraft - så ikke nok tyngdekraft til at holde galakserne sammen, i stedet skulle stjerner kastes i alle retninger!
Løsningen på dette, der blev foreslået af Fritz Zwicky i 1933, var, at der var uset materiale i galakserne, hvilket udgjorde tilstrækkelig tyngdekraft til at holde galakserne sammen. Da dette materiale udsender, kalder ingen lysastronomer det 'Dark Matter'. Det menes at udgøre op til 90% af stoffet i universet. Ikke alle forskere accepterer imidlertid Dark Matter-teorien. En rivaliserende løsning blev foreslået af Moti Milgrom i 1983 og sikkerhedskopieret af Jacob Bekenstein i 2004. I stedet for eksistensen af uset materiale foreslog Milgrom, at astronomernes forståelse af tyngdekraften var ukorrekt. Han foreslog, at et løft i sværhedsgraden af almindelig stof er årsagen til denne acceleration.
Milgroms teori er blevet arbejdet på af et antal astronomer siden, og Dr. Zhao og Dr. Famaey har foreslået en ny formulering af hans arbejde, der overvinder mange af de problemer, som tidligere versioner har haft.
De har oprettet en formel, der gør det muligt for tyngdekraften kontinuerligt at ændre sig over forskellige afstandsskalaer og vigtigst af alt passer dataene til observationer af galakser. At passe galaksdata lige så godt i det rivaliserende Dark Matter-paradigme ville være lige så udfordrende som at balancere en kugle på en nål, hvilket motiverede de to astronomer til at se på en alternativ tyngdekraftsidee.
Legenden fortæller, at Newton begyndte at tænke på tyngdekraften, da et æble faldt på hovedet, men ifølge Dr. Zhao, “Det er ikke indlysende, hvordan et æble ville falde i en galakse. Hr. Newtons teori ville være væk med en stor margin - hans æble ville flyve ud af Mælkevejen. Bestræbelser på at gendanne æblet på en dejlig bane rundt om galaksen har gennem årene ført til to tankeskoler: Dark Matter versus ikke-Newtonian gravitation. Dark Matter-partikler kommer naturligt fra fysik med smukke symmetrier og forklarer kosmologien smukt; de har en tendens til at være overalt. Det virkelige mysterium er, hvordan man holder dem væk fra nogle hjørner af universet. Dark Matter leveres også hånd i hånd med Dark Energy. Det ville være smukkere, hvis der var et enkelt svar på alle disse mysterier ”.
Dr. Zhao, en PPARC avanceret stipendiat ved University of St. Andrews, School of Physics and Astronomy og medlem af Scottish Universities Physics Alliance (SUPA), fortsatte ”Der har altid været en fair chance for, at astronomer kan omskrive tyngdeloven. Vi har oprettet en ny formel for tyngdekraft, som vi kalder 'den enkle formel', og som faktisk er en forfining af Milgroms og Bekensteins. Det er i overensstemmelse med galaksdata indtil videre, og hvis dens forudsigelser yderligere bekræftes med hensyn til solsystem og kosmologi, kunne det løse Dark Matter-mysteriet. Vi kan muligvis svare på almindelige spørgsmål, som om Einsteins teori om tyngdekraften er rigtig, og om det såkaldte Dark Matter faktisk findes ”.
”En ikke-Newtonian gravitationsteori er nu fuldt ud specificeret på alle skalaer ved en jævn kontinuerlig funktion. Det er parat til at forfalske kolleger. Det er tid til at holde et åbent sind for nye felter, der er forudsagt i vores formel, mens vi fortsætter vores søgning efter Dark Matter-partikler. ”
Den nye formel præsenteres for et internationalt værksted ved Edinburghs Royal Observatory i april, som får mulighed for at teste og diskutere den omarbejdede teori. Dr Zhao og Dr. Famaey vil demonstrere deres nye formel for et publikum af Dark Matter og gravity-eksperter fra ti forskellige lande.
Dr. Famaey kommenterede ”Det er muligt, at hverken den modificerede tyngdekraftteori eller Dark Matter-teorien, som de er formuleret i dag, vil løse alle problemerne med galaktisk dynamik eller kosmologi. Sandheden kunne i princippet ligge derimellem, men det er meget sandsynligt, at vi mangler noget grundlæggende ved tyngdekraften, og at en radikalt ny teoretisk tilgang er nødvendig for at løse alle disse problemer. Ikke desto mindre er vores formel så attraktivt enkel, at det er fristende at se det som en del af en endnu ukendt grundlæggende teori. Alle galaksdata ser ud til at blive forklaret ubesværet ”.
Original kilde: PPARC nyhedsmeddelelse
