Son iddialar geçersiz: Acil Yerçekimi, karanlık madde içermeyen bir Evren sunabilir
Yerçekiminin kendisi temel bir güç değil, daha ziyade ortaya çıkan bir güçse, uzay ve zamanın gizemlerinin çoğu, şu anda aradığımızdan farklı bir çözüme sahip olabilir. Resim kredisi: Flickr'dan Zoltán Vörös.
Sonuçta, karanlık maddenin tahtına en son meydan okuyan kişiyi devirmek o kadar da zor olmayabilir.
Bu yazı Sabine Hossenfelder tarafından yazılmıştır. Sabine, kuantum yerçekimi ve yüksek enerji fiziği konusunda uzmanlaşmış teorik bir fizikçidir. Ayrıca serbest olarak bilim hakkında yazıyor.
Doğayı betimlememizde amaç, fenomenlerin gerçek özünü ifşa etmek değil, yalnızca deneyimimizin çeşitli yönleri arasındaki ilişkileri mümkün olduğunca takip etmektir. - Niels Bohr
Yerçekimi, doğanın dört temel kuvvetinden biridir, yani başka bir şeyden türetilmemiştir - öyledir. En azından, şu anda kabul edilen teorilerimize göre bu. Ama bu değişmek üzere olabilir.
Genel Relativist resimde uzay-zamanın yerçekimi kütleleri tarafından bükülmesi. Resim kredisi: LIGO/T. Pil.
Bugün fizikçiler, yerçekimi etkileşimini Einstein'ın Genel Görelilik Teorisi aracılığıyla tanımlıyorlar; bu, yerçekiminin etkilerinin uzay-zamanın eğriliğinden kaynaklandığını belirler. Ancak Ted Jacobson'ın Genel Göreliliğin termodinamiğe benzediğini göstermesinin üzerinden 20 yıl geçti. O zamandan beri fizikçiler, bu benzerliğin resmi bir tesadüf mü yoksa daha derin bir gerçeğe mi işaret ettiğini anlamaya çalıştılar: uzay-zaman, kolektif hareketi yerçekimi dediğimiz kuvveti doğuran küçük elementlerden oluşuyor. Bu durumda, yerçekimi gerçekten temel bir fenomen değil, ortaya çıkan bir fenomen olacaktır.
Sorun şu ki, ortaya çıkan yerçekimi Genel Göreliliği yeniden üretiyorsa, bu fikri test etmenin bir yolu yok. Bunun yerine ihtiyacımız olan şey, Genel Görelilik'ten sapan ortaya çıkan yerçekiminden bir tahmindir.
Kütleden kaynaklanan dalgalanmalar ve deformasyonlar ile uzay-zamanın dokusu. Yeni bir teori, Genel Görelilik ile özdeş olmaktan daha fazlası olmalıdır; yeni, belirgin tahminler yapmalıdır. İmaj kredisi: Avrupa Yerçekimi Gözlemevi, Lionel BRET/EUROLIOS.
Böyle bir tahmin iki ay önce Erik Verlinde tarafından yapıldı. yeni makalesinde . Verlinde, pozitif bir kozmolojik sabite sahip bir evrende ortaya çıkan yerçekiminin - içinde yaşadığımız gibi - yalnızca Genel Göreliliği yaklaşık olarak yeniden üreteceğine dikkat çekti. Verlinde, uzay-zamanın mikroskobik bileşenlerinin de maddenin varlığına Genel Göreliliğin yakalayamadığı bir şekilde tepki verdiğini iddia eder: maddeyi içeri doğru iterler. Bu, kütleçekimsel çekimiyle normal maddeyi çeken parçacık karanlık maddeye atfedilene benzer bir etki yaratır.
Verlinde'nin fikri ilginçtir ve daha önce ortaya çıkan yerçekimi girişimlerinin başına bela olan iki sorunu çözer.
De Sitter uzayında, uzayın, zamanın ve yerçekiminin ortaya çıkmasını sağlayabilecek dolanık kuantum bilgi parçalarını temsil eden iki olası dolaşıklık modeli. Resim kredisi: Erik Verlinde, aracılığıyla https://arxiv.org/pdf/1611.02269v2.pdf .
İlk olarak, Genel Görelilik'ten sapmaların, uzay-zamanın mikroskobik bileşenlerinin ek bir entropiye sahip olması nedeniyle ortaya çıktığını varsayıyor. Yerçekiminin termodinamik formülasyonunda, bir hacmin maksimum olarak sahip olabileceği entropi - yani olası mikroskobik konfigürasyonların sayısı - o hacmin yüzey alanıyla orantılıdır. Bu aynı zamanda genellikle bir holografik entropi olarak da adlandırılır, çünkü hacmin içinde olan her şeyin tamamen yüzeyinde kodlanabileceğini gösterir. Verlinde'nin sunduğu ek entropi, bunun yerine birimin kendisiyle birlikte büyür.
Entropik yerçekimi fikrine göre bildiğimiz şekliyle yerçekiminin ortaya çıkışındaki bir adımın bir örneği. Resim kredisi: Erik Verlinde, aracılığıyla https://arxiv.org/pdf/1611.02269v2.pdf .
Genel Göreliliğe yapılan değişiklik daha sonra ortaya çıkıyor çünkü madde -yani varsayım böyle devam ediyor- çevresindeki yeni, hacim-ölçekli entropiyi azaltıyor. Entropi azalması, hacimde bir azalmaya yol açar ve bu da maddeyi içeri doğru iten bir kuvvet yaratır. Verlinde'nin gösterdiğine göre bu kuvvet, normalde karanlık maddeye atfedilen - normal maddeyi ek yerçekimsel kütlesinden çeken - kuvvete benzer.
Galaksilerin etrafındaki karanlık madde halesi, prensipte, uzayda bulunan normal, baryonik maddeden etkilenen yeni bir entropi türü ile açıklanabilir. Resim kredisi: ESO / L. Calçada.
Ancak Verlinde'nin sunduğu yeni entropi sıfırdan az olamaz. Bu nedenle, ek entropi tamamen tükendiğinde, kişide yalnızca olağan, holografik entropi kalır ve sıradan Genel Göreliliğe geri döner. Bu, güneş sistemleri gibi nispeten yüksek ortalama yoğunluğa sahip sistemlerde olur. Ancak galaktik ölçeklerde, Genel Göreliliğe yapılan değişiklik fark edilir hale gelir ve kendini görünür karanlık madde olarak gösterir. Bu, genellikle galaktik ölçeklerde iyi çalışan ancak güneş sistemi ölçeklerinde olmayan birçok yerçekimi modifikasyonu ile ilgili ciddi bir sorunu çözer.
İkincisi, Verlinde'nin fikri, daha önce not edilmiş bir sayısal tesadüfü açıklıyor. Değiştirilmiş yerçekimi senaryolarında, Genel Görelilik'ten ayrılma, belirli bir ivme ölçeğinde geçerli hale gelir. Bu ölçeğin - aynı büyüklük mertebesinde - kozmolojik sabitle (kare kökü) orantılı olan de-Sitter uzayının sıcaklığına benzer olduğu ortaya çıkıyor. Yeni ortaya çıkan yerçekimi modelinde, görünen karanlık madde aslında kozmolojik sabitle ilişkili olduğu için bu ilişki takip edilir.
Karanlık madde ve karanlık enerjinin miktarı bağımsız kaynaklar aracılığıyla belirlenir: süpernova, SPK ve BAO/büyük ölçekli yapı. Ortaya çıkan yerçekiminde, hem karanlık maddenin hem de karanlık enerjinin etkileri olarak algıladığımız şeylerden sorumlu olan yalnızca yeni bir entropi türü vardır. İmaj kredisi: Supernova Cosmology Project, Amanullah, et al., Ap.J. (2010).
Bu nedenle, umut verici bir fikir ve son zamanlarda bir dizi makalede test edildi.
bir kağıt Yazarlar, güneş sistemi verilerini kullanarak modeli yedi büyüklük mertebesi ile dışladıklarını iddia ettikleri için özellikle kritiktir. Ancak kullandıkları denklemin güneş sistemi ölçeklerinde geçerli olmadığını hesaba katmamış görünüyorlar. Dolayısıyla vardıkları sonuç geçersizdir.
başka bir kağıt iki hafta önce ortaya çıktı Verlinde'nin modelindeki tahminleri 152 galaksiden oluşan bir örneğin dönüş eğrilerine karşı test etti. Ortaya çıkan yerçekimi, verilerle zar zor uyumlu olmaktan kurtulur - sistematik olarak, gözlemleri açıklamak için çok yüksek bir ivme ile sonuçlanır.
Üçgen gökadası M33'ün genişletilmiş dönüş eğrisi. Karanlık madde, MOND ve ortaya çıkan yerçekimi, bu dönme eğrilerini açıklamada daha iyi veya daha kötü işler yapıyor. Resim kredisi: Wikimedia Commons kullanıcısı Stefania.deluca.
Bu çalışmaları dikkatli yorumlamak gerekir. Hepsi, Verlinde'nin makalesinde türettiği ve son derece idealize edilmiş bir durumu tanımlayan belirli bir denklemi test ediyor. Ayrıca, başlangıçta bu denkleme ulaşmak için hangi yaklaşımların yapılması gerektiği tam olarak açık değildir. Bu nedenle, bu modelin mevcut testlerini yetersiz buluyorum. Modelin daha iyi anlaşılmasıyla, daha iyi olmasa da, değiştirilmiş yerçekiminin önceki varyantları gibi dönme eğrilerine de uyacağı konusunda iyimserim.
Ortaya çıkan yerçekimi için gerçek zorluk, bence, galaktik dönüş eğrileri değil. Bu, değiştirilmiş yerçekiminin - sonunda bazı varyantlarının - iyi çalıştığını zaten bildiğimiz bir alandır. Asıl zorluk, erken evrendeki yapı oluşumunu veya daha büyük (on milyonlarca ışıkyılı veya daha fazla) ölçeklerde herhangi bir yerçekimi fenomenini de açıklamaktır.
Kozmik Mikrodalga Arka Planındaki dalgalanmalar veya Büyük Patlama'nın arta kalan parıltısı, Evrenin tarihinde neyin kodlandığı hakkında çok sayıda bilgi içerir. İmaj kredisi: ESA ve Planck İşbirliği.
Parçacık karanlık madde, kozmik mikrodalga arka planındaki sıcaklık dalgalanmaları için doğru tahminleri elde etmek için gereklidir. Bu dikkate değer bir başarıdır ve karanlık maddenin hiçbir alternatifi, en azından aynı şeyi yapamadığı sürece ciddiye alınamaz. Ne yazık ki, Verlinde'nin ortaya çıkan yerçekimi modeli gerekli analize izin vermiyor - en azından henüz değil.
Özetle, parçacık karanlık madde iyi gidiyor ve ortaya çıkan yerçekimi, onu yenmek için hala uzun bir yol var.