Fisikawan ini lebih memilih teori gravitasi baru

Dengan menggunakan hukum fisika Newton, kita dapat memodelkan gerakan planet-planet di tata surya dengan akurasi yang lengkap. Namun, pada awal 1970-an, para ilmuwan menemukan bahwa Ini tidak berhasil untuknya galaksi cakram Bintang-bintang di tepi luarnya, menjauh dari gaya gravitasi semua materi di pusatnya, bergerak jauh lebih cepat daripada prediksi teori Newton.

Akibatnya, fisikawan menyarankan bahwa zat tak terlihat yang disebut “materi gelap“Itu memberikan tarikan gravitasi tambahan, menyebabkan bintang-bintang berakselerasi—sebuah teori yang diterima secara luas. Namun, dalam ulasan terakhir Rekan-rekan saya dan saya menyarankan bahwa pengamatan di berbagai skala jauh lebih baik dijelaskan dalam teori gravitasi alternatif yang disebut dinamika Milgromian atau Senin – Tidak memerlukan bahan yang tidak terlihat. Ini pertama kali diusulkan oleh fisikawan Israel Mordechai Milgrom pada tahun 1982.

Asumsi dasar Mond adalah bahwa ketika gravitasi menjadi terlalu lemah, seperti yang terjadi di dekat tepi galaksi, ia mulai berperilaku berbeda dari fisika Newton. Dengan cara ini, itu mungkin menjelaskan Mengapa bintang, planet, dan gas di pinggiran lebih dari 150 galaksi berputar lebih cepat dari yang diperkirakan hanya berdasarkan massa yang terlihat. Namun, Mond tidak hanya menjelaskan Seperti kurva rotasi, dalam banyak kasus, Mengharapkan mereka.

filosof ilmu membantah Bahwa kekuatan prediksi ini membuat Mond lebih unggul dari model kosmologis standar, yang menunjukkan bahwa ada lebih banyak materi gelap di alam semesta daripada materi yang terlihat. Ini karena, menurut model ini, galaksi mengandung jumlah materi gelap yang sangat tidak pasti yang bergantung pada detail bagaimana galaksi terbentuk – yang tidak selalu kita ketahui. Hal ini membuat mustahil untuk memprediksi seberapa cepat galaksi berotasi. Tetapi prediksi seperti itu secara rutin dibuat dengan Mond, dan itu telah dikonfirmasi sejauh ini.

Bayangkan kita mengetahui distribusi massa yang terlihat di sebuah galaksi tetapi belum mengetahui kecepatan rotasinya. Dalam Model Kosmik Standar, hanya mungkin untuk mengatakan dengan yakin bahwa kecepatan rotasi akan berada di antara 100 km/s dan 300 km/s di pinggiran kota. Mond memberikan prediksi yang lebih spesifik bahwa kecepatan rotasi seharusnya berada pada kisaran 180-190 km/s.

Jika pengamatan selanjutnya mengungkapkan kecepatan rotasi 188 km/s, ini sesuai dengan kedua teori – tetapi Mond jelas merupakan favorit. Ini adalah versi terbaru dari pisau cukur Occam – bahwa solusi paling sederhana lebih baik daripada solusi yang lebih kompleks, dalam hal ini kita harus menjelaskan catatan dengan jumlah “parameter bebas” sesedikit mungkin. Parameter bebas adalah konstanta – angka-angka tertentu yang harus kita masukkan ke dalam persamaan untuk membuatnya bekerja. Tetapi teori itu sendiri tidak memberi mereka – tidak ada alasan untuk keberadaan nilai tertentu – jadi kita harus mengukurnya dengan pengamatan. Contohnya adalah konstanta gravitasi, G, dalam teori atau besaran gravitasi Newton materi gelap di galaksi dalam Model Kosmologis Standar.

Kami memperkenalkan konsep yang dikenal sebagai “elastisitas teoretis” untuk menangkap ide di balik kode Occam bahwa teori dengan parameter paling bebas konsisten dengan rentang data yang lebih luas – membuatnya lebih kompleks. Dalam ulasan kami, kami menggunakan konsep ini ketika menguji model kosmologi Standard dan Mond terhadap berbagai pengamatan astronomi, seperti rotasi galaksi dan gerakan dalam gugus galaksi.

Setiap kali, kami memberikan skor elastisitas teoretis antara -2 dan +2. Skor -2 menunjukkan bahwa model membuat prediksi yang jelas dan akurat tanpa melihat data. Sebaliknya, +2 singkatan dari “apa saja” – ahli teori bisa saja cocok dengan hampir semua hasil pengamatan yang masuk akal (karena ada begitu banyak parameter bebas). Kami juga menilai seberapa baik setiap model cocok dengan pengamatan, di mana +2 menunjukkan kecocokan yang sangat baik dan -2 dicadangkan untuk pengamatan yang dengan jelas menunjukkan bahwa teori itu salah. Kami kemudian mengurangi tingkat fleksibilitas teoretis dari kesepakatan dengan pengamatan, karena mencocokkan data dengan baik itu baik – tetapi dapat menyesuaikan apa pun itu buruk.

Sebuah teori yang baik akan membuat prediksi yang jelas yang kemudian dikonfirmasi, dan skor gabungan +4 pada banyak tes yang berbeda akan lebih baik (+2 – (- 2) = +4). Teori yang buruk akan mendapatkan skor antara 0 dan -4 (-2 – (+ 2) = -4). Prediksi yang akurat mungkin gagal dalam kasus ini – dan tidak mungkin berhasil dengan fisika yang salah.

Kami menemukan skor rata-rata untuk Model Kosmologi Standar -0,25 di 32 tes, sementara Mond mencapai skor rata-rata +1,69 di 29 tes. Skor untuk setiap teori pada banyak tes yang berbeda ditunjukkan pada Gambar 1 dan 2 di bawah untuk model kosmologi Standard dan Mond, masing-masing.

Gambar 1. Membandingkan model kosmologi standar dengan pengamatan berdasarkan seberapa cocok data dengan teori (optimasi bottom-up) dan seberapa fleksibel penyesuaiannya (tinggi kiri-ke-kanan). Lingkaran berongga tidak diperhitungkan dalam evaluasi kami, karena data tersebut digunakan untuk menetapkan parameter bebas. Direproduksi dari Tabel 3 ulasan kami. kredit: Arxiv

Gambar 2. Mirip dengan Gambar 1, tetapi untuk Mond dengan partikel virtual yang berinteraksi hanya dengan gravitasi, mereka disebut neutrino steril. Perhatikan bahwa tidak ada pemalsuan yang jelas. Direproduksi dari Tabel 4 ulasan kami. kredit: Arxiv

Segera jelas bahwa tidak ada masalah signifikan yang telah diidentifikasi untuk Mond, yang setidaknya cukup sesuai dengan semua data (perhatikan bahwa dua baris terbawah yang menunjukkan pemalsuan kosong pada Gambar 2).

masalah materi gelap

Salah satu kegagalan Model Cosmic Standar yang paling mencolok berkaitan dengan “galaksi batang” – daerah terang berbentuk batang yang terbuat dari bintang – di mana galaksi spiral sering ditemukan di daerah pusatnya (lihat gambar utama). Bar berputar dari waktu ke waktu. Jika galaksi tertanam dalam lingkaran besar materi gelap, batang mereka akan melambat. Namun, sebagian besar, jika tidak semua, pita galaksi yang diamati berlangsung cepat. ini palsu Model kosmologi standar dengan tingkat kepercayaan yang tinggi.

Masalah lain adalah itu model asli Bahwa galaksi yang diusulkan memiliki lingkaran cahaya materi gelap membuat kesalahan besar – mereka berasumsi bahwa partikel materi gelap memberikan gravitasi pada materi di sekitar mereka, tetapi tidak terpengaruh oleh tarikan gravitasi materi biasa. Ini menyederhanakan perhitungan, tetapi tidak mencerminkan kenyataan. Ketika ini diperhitungkan dalam Simulasi selanjutnya Jelas bahwa lingkaran cahaya materi gelap di sekitar galaksi tidak menjelaskan sifat-sifatnya dengan andal.

Ada banyak kegagalan lain dari Model Kosmologis Standar yang kami lihat dalam ulasan kami, dan Mond sering kali dapat dijelaskan secara alami Catatan. Namun, alasan mengapa Model Kosmologi Standar begitu populer dapat disebabkan oleh kesalahan komputasi atau pengetahuan yang terbatas tentang kegagalannya, beberapa di antaranya telah ditemukan baru-baru ini. Mungkin juga karena keengganan orang untuk memodifikasi teori gravitasi yang telah begitu sukses di banyak bidang fisika lainnya.

Keunggulan besar Mond atas Model Kosmologi Standar dalam penelitian kami membuat kami menyimpulkan bahwa pengamatan yang tersedia sangat mendukung Mond. Meskipun kami tidak mengklaim bahwa Mond sempurna, kami masih berpikir itu mengoreksi gambaran besar – galaksi benar-benar kekurangan materi gelap.

Ditulis oleh Indranil Banik, Peneliti Pascadoktoral di Astrofisika, Universitas St Andrews.

Artikel ini pertama kali diterbitkan di Percakapan.

Referensi: “Dari Batang Galaksi hingga Ketegangan Hubble: Menimbang bukti astrofisika untuk gravitasi Melgromian
Oleh Indranil Banik dan Hongsheng Zhao, 27 Jun 2022 Tersedia di sini simetri.
DOI: 10.3390 / sym14071331