La materia oscura y la dinámica newtoniana modificada (teoría MOND) son extensiones de estas dos inferencias. La hipótesis de la materia oscura cree que la materia oscura que no podemos ver en el universo se está convirtiendo gradualmente en algo común. El modelo más utilizado en cosmología hoy en día es el modelo λλCDM, conocido como modelo λ de materia oscura fría. Es principalmente este modelo el que aprenden los cosmólogos contemporáneos en sus cursos. Por otro lado, el físico israelí Mordehai Milgrom observó que la velocidad de rotación será anormal sólo cuando la aceleración de la gravedad es inferior a 10-10 m/s2. Creía que la gravedad de Newton ya no era aplicable en tales condiciones, por lo que propuso la teoría de Maunder. Pero aunque utilizó su propia teoría para explicar la curva de rotación de las galaxias en 1988, la teoría MOND todavía fue ridiculizada.
Pero un artículo reciente publicado en Physical Review Letters puede cambiar eso. En este artículo, dos físicos teóricos checos, Constantinos Skordis y Tom Złosznik, desarrollan una nueva versión del modelo MOND. Cada vez más científicos se dan cuenta de sus logros. Quizás nuestro universo no necesite materia oscura en absoluto.
Hay una razón por la cual la teoría de Maunder ha sido ignorada durante tanto tiempo. La razón más importante es que no puede explicar el fondo cósmico de microondas (CMB).
La radiación cósmica de fondo de microondas es uno de los descubrimientos más importantes de la astronomía moderna y una de las evidencias más importantes de la hipótesis del Big Bang. La cosmóloga suiza Ruth Durrer dijo una vez: "Una teoría debe ser coherente con los datos. Este es el cuello de botella de MOND". El modelo λ CDM puede hacer un buen uso de los datos de CMB. La conclusión de que "la materia bariónica representa 4,9, la materia oscura representa 26,8 y la energía oscura representa 68,3 en el universo" es bien conocida por los entusiastas de la ciencia y se obtiene calculando los datos de CMB utilizando el modelo λ CDM. Por el contrario, la teoría MOND no tiene nada que ver con los datos de CMB y no puede reproducirlos.
Además, la teoría MOND tiene algunos detalles, como que es difícil explicar las lentes gravitacionales en algunas galaxias. Según la teoría general de la relatividad, la gravedad de la materia masiva puede desviar la luz y se puede formar una lente gravitacional donde se acumula una gran cantidad de materia. Pero en una serie de galaxias encabezadas por galaxias bala, los astrónomos no pueden encontrar la masa correspondiente a algunas lentes gravitacionales, y sólo pueden explicarla con materia oscura invisible. Sin embargo, en 2004 alguien propuso una versión relativista de la teoría MOND, que podría explicar esta lente gravitacional que aparece de la nada. Pero aún no logra superar el problema más crítico: interpretar los datos del CMB.
Incluso Scott, el autor del artículo, admitió: "Si la teoría no puede hacer esto (reproducir los datos del CMB), simplemente no merece una mayor consideración", publicado recientemente en "Physical Reviews". La mayor importancia de la última versión del modelo MOND publicada en Physical Review Letters es utilizar una teoría similar a MOND para explicar CMB.
La nueva versión de la teoría MOND supone que hay dos campos que impregnan todo el universo, y su * * * interacción conduce a una gravedad adicional. Uno de los campos es un campo escalar como el campo de Higgs; el otro es un campo vectorial como un campo magnético, donde cada punto del espacio tiene una dirección específica.
Skodis y Zwosnik establecieron parámetros teóricos para que el campo de corrección gravitacional en el universo temprano produjera un efecto similar al de la materia oscura, asegurando así que los datos del CMB observados hoy puedan reproducirse. Estos dos campos evolucionarán con el tiempo en el universo y, finalmente, la gravedad se convertirá en lo que se describió en la teoría MOND original.
La cosmóloga estadounidense Stacy McGaugh dijo: "Este es un logro revolucionario. En las últimas décadas, la gente ha ignorado en gran medida esta teoría porque la teoría MOND no se puede realizar como lo hicieron Skodis y Zwosnik hoy".
Una vez que el nuevo modelo MOND resolvió el problema del CMB, sus ventajas se destacaron inmediatamente. En un artículo publicado en 1977, los astrónomos estadounidenses Brent Tully y Richard Fisher propusieron una fórmula empírica para describir la relación entre la luminosidad y la curva de rotación de una galaxia espiral. A partir de esta fórmula, es fácil obtener la relación de que "la materia bariónica contenida en una galaxia espiral es proporcional a la cuarta potencia de su velocidad de rotación a larga distancia", lo que se denomina relación bariónica Tully-Fisher (BTFR). La teoría MOND puede derivar con precisión BTFR.
La materia oscura simplemente no puede predecir esta relación. Para reproducir BTFR en el marco del modelo λλCDM, los astrónomos deben simular galaxias del universo primitivo. Después de más de 10 mil millones de años de evolución, las galaxias simuladas pueden reproducir BTFR. Pero si queremos reproducir estrictamente BTFR, debemos agregar restricciones muy estrictas a la simulación y hacer modificaciones menos estrictas al mecanismo de evolución de las galaxias espirales. Hasta ahora, los cosmólogos que se apegaron al modelo λλCDM no han podido reproducir perfectamente el BTFR mediante simulaciones.
Antes de que teorías como la de Maunder volvieran a llamar la atención de la gente, la materia oscura había dominado el campo de la cosmología durante más de 30 años. El cosmólogo estadounidense David Sperge dijo que el nuevo modelo MOND es demasiado complejo y que el nuevo modelo MOND de relatividad sólo puede considerarse si "la forma de la hipótesis de la materia oscura es muy compleja". La comunidad académica tiene plena confianza en el modelo λλCDM. En la edición de 2014 de "Particle Physics Review", escribió: "El modelo unificado (de cosmología) ha sido establecido y parece haber poco espacio para revisiones importantes de este paradigma". Es fácil de recordar a las "Dos Nubes Oscuras" de hace más de un siglo. ¿Ocurrirá una situación similar esta vez? En otras palabras, ¿los físicos se han desviado durante más de 30 años?
Los científicos han estado buscando materia oscura y el candidato más prometedor es la partícula masiva de interacción débil (WIMP). Esta partícula sólo puede interactuar con otra materia mediante interacciones débiles y gravedad. Su masa puede oscilar entre 1 y 1.000 veces la masa de un protón y no puede detectarse mediante métodos de observación convencionales.
Sin embargo, décadas de detección de materia oscura solo han actualizado repetidamente el límite inferior de posible existencia de materia oscura. A principios de julio de este año, en la Conferencia Internacional Marcel Grossman sobre Relatividad General, el Experimento PandaX del Laboratorio Subterráneo Jinping de China (conocido como el "Experimento Panda") anunció los primeros resultados de la búsqueda de materia oscura del experimento PandaX-4T de la Humanidad una vez más falló. para descubrir la materia oscura. Por el contrario, según los datos de la prueba de 95 días de PandaX-4T, el límite superior de la sección transversal de reacción de la materia oscura se ha reducido, lo que significa que los WIMP teóricos son más difíciles de detectar. Esto parece burlarse de los físicos: "¿Quieres encontrar WIMP? Tu precisión humana no es suficiente".
La búsqueda de WIMP se está acercando a su límite y ha llegado a un nodo crítico. Pronto, la mayoría de los experimentos existentes sobre materia oscura buscarán el rango de masas posibles dentro de la teoría WIMP. Si no se descubre para entonces, o los métodos de detección existentes no pueden encontrar WIMP en absoluto, o la materia oscura no es WIMP en absoluto... o la materia oscura no existe en absoluto.
Algunos cosmólogos que todavía insisten en la materia oscura han ido recurriendo gradualmente a otras partículas además de WIMP.
Uno de los fuertes competidores se llama axion, que es mucho más ligero que WIMP. Los científicos creen que el núcleo térmico de una estrella de neutrones puede producir axiones, y cuando fotones oficiales importantes lleguen a la superficie de la estrella de neutrones, se convertirán en fotones de rayos X, pero actualmente los científicos no tienen evidencia observacional. En un artículo publicado a principios de este año en Physical Review Letters, los científicos sugirieron que este efecto podría usarse para explicar las mayores emisiones de rayos X de las estrellas de neutrones. Sin embargo, sus datos actuales no son lo suficientemente precisos y planean realizar más observaciones utilizando el Conjunto de Telescopios Espectroscópicos Nucleares (NuSTAR) de la NASA. Al mismo tiempo, los científicos del Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN) también apuntaron al Sol con el Telescopio Solar Axion Solar (CAST) del CERN de 10 metros, tratando de encontrar rastros de axiones desde allí.
Además, algunos científicos creen que la materia oscura puede ser partículas compuestas. Los "quarks oscuros" y los "gluones oscuros" pueden combinarse como quarks y gluones para formar un "núcleo oscuro". Algunas personas también creen que la materia oscura no es una partícula en absoluto y que también puede ser el agujero negro primario que producirá BIGBANG.
Los experimentos en continuo avance continúan estrechando el espacio donde puede existir la materia oscura. Tessa Baker, experta en modelos de gravedad alternativos de la Universidad Queen Mary de Londres en el Reino Unido, dijo que si los detectores de materia oscura continúan sin encontrar nada, "podemos ver un interés creciente en este modelo de gravedad modificado". Skodis y Zwosnik dicen que pueden probar su último modelo observando más a fondo los cúmulos de galaxias y las ondas gravitacionales.
En cualquier caso, al igual que la teoría de Maunder y la teoría de la materia oscura, como mucho una de las dos teorías que explican la naturaleza del universo puede ser correcta. El primero ha superado el mayor cuello de botella, y el candidato más prometedor a la materia oscura se ha convertido gradualmente en una cosa del pasado, y algunos científicos incluso han recurrido a otros candidatos. La materia oscura se parece cada vez más al "éter" que se pensaba que era el medio a través del cual viajaba la luz hace más de un siglo. Si realmente no existe como el éter, ¿puede una teoría como MOND subvertir nuestra comprensión del universo como la teoría de la relatividad? Esperemos y veremos.
Que la tormenta de la física básica llegue con más violencia.
Autor|Wang Yu
Artículo de referencia:
info/1048/76138.htm
¿Será la materia oscura como el éter? ¿No existe en absoluto? 》
Documentos de referencia:
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1970ApJ...159..379 r/Abstract
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1980ApJ...238..471R/Abstract
https://ui.adsabs.harvard.edu/ABS/10.1086/166777p>
https://journals.aps.org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett.127.161302
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/physrevd .70.083509
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1975BAAS....vii..426t/abstract
https://IOP science.IOP. org /article/10.1088/1674-1137/38/9/090001/pdf
https://journals.aps.org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett.126.021102