Os astrônomos sabem que as galáxias em todo o universo se comportam mal. Alguns giram muito rapidamente, enquanto outros são extremamente quentes e outros ainda se transformam em superestruturas muito rapidamente.
Mas eles não sabem por quê. Talvez algumas novas partículas ocultas, como Matéria escuraIsso poderia explicar a estranheza. Ou talvez gravidade Funciona nesses aglomerados de estrelas de uma forma que os cientistas não esperavam.
Por décadas, os astrônomos debateram as possibilidades. Enquanto a maioria dos astrônomos acredita que a matéria escura existe, alguns ainda acreditam que precisamos revisar nossa teoria da gravidade. No entanto, uma nova pesquisa encontrou uma falha fatal nas teorias da gravidade modificadas: elas permitem que os efeitos ocorram sem causa e permitem que a informação viaje mais rápido do que a velocidade da luz. Isso é ruim … para gravidade modificada.
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“Isso … pode mudar o campo de pesquisa drasticamente, forçando-o em novas direções”, disse o pesquisador chefe e astrofísico da Tufts University, Mark Hertzberg, ao Live Science.
Legal, mas não muito frio
Uma coisa engraçada está acontecendo no universo. Por exemplo, com base no que os cientistas esperam com base nas massas das galáxias, as estrelas giram em torno de seus centros muito rapidamente; Temperatura do gás dentro de aglomerados de galáxias muito quentes; E grandes estruturas apareceram em nosso mundo muito em breve.
Na escala das galáxias e do universo, ou a compreensão dos astrônomos sobre a força da gravidade está completamente errada, ou há um novo elemento em nosso universo que exerce gravidade, mas de outra forma é invisível. A ideia final é conhecida como matéria escura fria (MDL), nome dado a uma forma hipotética de matéria até então desconhecida da física. Há “granizo” para indicar que não importa o quanto a matéria estranha seja responsável pela matéria escura, ela está se movendo relativamente devagar, ao contrário de outros candidatos à matéria escura, como Neutrino Exemplo de um filtro de partículas de matéria escura quente.
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“Se alguém abandona os princípios de causalidade e localidade, então somos fundamentalmente incapazes de explicar a estrutura do Modelo Padrão de física de partículas e relatividade geral.”
Mark Hertzberg, Universidade Tufts
Ao povoar as galáxias com uma forma de material invisível à luz, a hipótese do MDL é amplamente bem-sucedida em explicar a maioria das observações das galáxias e do universo maior. É de longe a explicação mais comum de por que o universo se comporta dessa maneira.
Mas a hipótese do MDL não é perfeita. Seja o que for, está fora do paradigma padrão da física de partículas, o que significa que não temos ideia do que seja. Ele também acha difícil explicar algo chamado de relação baryonic toll-fisher. A relação observada mostra que a massa total da matéria ordinária, chamada matéria bariônica, da galáxia é proporcional à quarta força da velocidade de rotação. Mas os modelos do MDL preveem que a relação deve ser com a terceira força e prevêem que as galáxias giram mais devagar para uma certa quantidade de massa do que realmente o fazem.
O que mais pode acontecer?
todo o mundo
Uma alternativa para toda a ideia do MDL é uma compreensão modificada da gravidade. Os modelos mais simples se enquadram em uma categoria chamada MOND, para dinâmica newtoniana modificada. Esses modelos substituem a física newtoniana (pense força = aceleração de massa x) por outras relações que correspondem à taxa de rotação observada de estrelas dentro das galáxias. Embora esses modelos fossem populares quando a matéria escura foi descoberta pela primeira vez nas décadas de 1970 e 1980, eles falharam em explicar as observações dos aglomerados de galáxias e do universo maior; Como tal, a maioria dos estudiosos rejeitou esses modelos.
Mas as deficiências no CDM para explicar a dinâmica da galáxia interna fornecem uma oportunidade para a sobrevivência de Mond. Se a teoria “MONDiana” deve competir pelo estágio galáctico, ela deve ser compatível com nossas outras teorias da física, como a teoria da relatividade especial e Mecânica quântica. Isso é exatamente o que Hertzberg e sua equipe se propuseram a fazer. Os resultados do estudo foram publicados em maio no banco de dados de pré-impressão arXivPortanto, o estudo não foi revisado por pares.
A única possibilidade de conseguir algo novo [within the framework of relativity and quantum mechanics] É adicionar novos graus de liberdade “, disse Hertzberg ao Live Science. Em outras palavras, para fazer as teorias MONDian funcionarem com a física conhecida, você tem que adicionar uma série de coisas não convencionais às teorias. Ao examinar essas coisas não convencionais, Hertzerg disse e encontrou colaboradores. Alguns problemas teóricos inerentes a essas tentativas. “
Local e causal
Por exemplo, Hertzberg e colegas examinaram se as teorias MONDian protegem dois princípios: status e causalidade. Localismo é o conceito de que as coisas são afetadas diretamente apenas por seus arredores – para que um objeto afete outro, esse efeito deve ser transmitido por meio de algo como uma força viajando a uma velocidade finita. A causalidade é a ideia simples de que todos os eventos têm uma causa.
Se a teoria viola o status e / ou causalidade, é improvável que se encaixe em nossas teorias da física, que protegem ambos os princípios.
“Se alguém abandona os princípios de causalidade e localidade, então isso significa que somos fundamentalmente incapazes de explicar a estrutura do Modelo Padrão da física de partículas e da relatividade geral, uma vez que são alguns dos princípios centrais que entram na construção dessas teorias em Hertzberg disse. “Em outras palavras, se a causalidade for mal quebrada. Na natureza, é possível que já tenhamos visto isso em várias correções da física de partículas no laboratório ou testes gravitacionais no espaço. ”
Em outras palavras, deveríamos ter notado isso agora.
Uma vez que todas as evidências disponíveis apontam para a preservação do status e da causalidade (pelo menos em escalas macroscópicas), ela deve, portanto, estar sujeita a qualquer nova teoria da física. A equipe de físicos colocou as teorias de MONDian em teste e descobriu que elas contêm características que não permitem positivismo nem gravidade. Em outras palavras, se as teorias de MONDian estiverem corretas, é possível que eventos ocorram sem motivo e que os efeitos viajem instantaneamente, violando o limite de velocidade da luz no universo.
“Uma vez que descobrimos que as propostas atuais para a matéria escura radicalmente nova e teorias do tipo MOND têm alguma forma de causalidade, eles sugerem que não podem ser incorporados na física fundamental, pelo menos em sua forma atual”, disse Hertzberg.
O fim do MOND?
Na verdade, pode ser possível violar o espaço e a causalidade em níveis galácticos, mas seria extremamente difícil reconciliar tudo o mais que sabemos sobre a física.
Sobre o futuro das teorias de MONDian, Hertzberg especulou: “Isso estimula tentativas de tentar construir algumas classes de paradigmas semelhantes que de alguma forma preservam a causalidade, mas isso parece difícil de alcançar. Em nosso artigo, mostramos que a forma geral desses modelos falha no testes de consistência mencionados anteriormente. “.
No entanto, o modelo da “matéria escura fria” acha difícil explicar os detalhes da física da galáxia. Mas poderia haver causas muito mais mundanas em vez do cerne de toda a física conhecida. É extremamente difícil modelar como as galáxias se formam e evoluem, mesmo considerando todos os processos caóticos em que a matéria natural desempenha um papel. Talvez, uma compreensão mais avançada das galáxias forneça uma explicação para a relação Tully-Fisher baryônica observada.
O MDL é de longe nossa melhor explicação.
“A coisa maravilhosa sobre o MDL é que ele está teoricamente em solo sólido e passa em todos os testes de consistência teórica mencionados acima, embora não faça parte do Modelo Padrão da física de partículas”, disse Hertzberg. “O motivo pelo qual digo que está em terreno sólido é que não há razão teórica conhecida para a ausência de algumas partículas estáveis e neutras no universo que não são muito relacionadas a nós. Portanto, o MDL é apoiado, por enquanto, como um pioneiro ideia.”
Originalmente publicado na Live Science.
