Nova teorija gravitacije
Subota, 26 Kolovoz 2017 09:43

Nova teorija gravitacije

Nakon uzbudljivih medijskih natpisa o prvim promatračkim dokazima u korist nove teorije gravitacije, Elementarijum donosi ekskluzivni razgovor s vodećom autoricom novog rada Margot Broer.

Prije nekoliko godina, nizozemski fizičar Erik Verlinde sa Sveučilišta u Amsterdamu, izazvao je veliku pažnju znanstvene javnosti predlažući teoriju po kojoj gravitacija nije fundamentalna sila prirode. U modernoj znanosti 21. stoljeća rijetka su otkrića koja imaju za cilj da mijenjaju široko prihvaćene paradigme. Zakon gravitacije, koji je formulirao Isak Newton još u 17. stoljeću, jedna je od njih.

Druga velika paradigma je tzv. “kosmološka”, i ona je predstavljena modelom koji u sebi sadrži komponente neophodne da opišu ono što smo do sad naučili o razvoju struktura u našem Univerzumu. U te komponente, između ostalog, spada i tamna materija.

Promjena paradigme?

Novi zakon gravitacije nizozemskog fizičara Verlindea pretenduje da mijenja spomenute paradigme. On isključuje postojanje tamne materije, ali i gravitacije kao fundamentalne sile. Međutim, sve zaključke ove diskusije treba prihvatiti kritički i isključivo kao polaznu točku za praćenje daljih analiza ove “vruće”debate koja je podijelila znanstvene krugove.

Erik Verlinde, teorijski kosmolog sa Sveučilišta u Amsterdamu kaže da lekcije o gravitaciji kakvu smo je učili (i učimo) u školama, ne otkriva neke značajne stvari koje uglavnom saznaju oni učenici koji kasnije odu na studije fizike. To je jedina fundamentalna sila čija čestica-prenosilac nije detektirana (kao što je to slučaj kod elektromagnetne ili nuklearne sile), a Einsteineova teorija gravitacije i kvantna mehanika nikako nisu pomirene čak i 100 godina nakon svog pojavljivanja.

Tako je prije pet godina, profesor Verlinde izazvao veliku pažnju znanstvene javnosti predlažući teoriju po kojoj gravitacija nije fundamentalna sila prirode, već “samo” manifestacija određenih efekata koji zavise od skale na kojoj se fizički procesi dešavaju. Prema onome što je napisao u svom radu On The Origin of Gravity And The Laws of Newton (2010) gravitacija se ponaša slično kao temperatura. Temperatura sistema raste kada se povećava brzina kretanja mikroskopskih čestica u njemu, dok na sličan način gravitacija pokazuje svoja svojstva kada se “pobude” mali paketi informacija skriveni u strukturi samog prostor-vremena.

I ne samo da u njegovoj verziji gravitacije nije potrebno da formuliramo gravitaciju kao silu, već ta teorija isključuje i toliko čuvenu i misterioznu tamnu materiju, za čijom eksperimentalnom potvrdom astrofizičari tragaju već desetljećima. Podsjetimo se za trenutak fenomena tamne materije kako bismo bolje razumjeli efekat Verlindeove teorije. Na grafikonu je prikazana kriva rotacije tipične spiralne galaksije, konkretno galaksije u Trouglu, M33. Bilo bi logično (na osnovu teorijskih pretpostavki, što je na grafiku predstavljeno narandžastom linijom) očekivati da vanjski dijelovi galaksija rotiraju sporije. To je zaključeno na osnovu mase koju čini tzv. vidljiva materija poput zvijezda, planeta, međuzvjezdanog plina i sl. Međutim, astronomska mjerenja donijela su nam nešto potpuno drugačije: izmjerena krivulja je značajno iznad pretpostavljene, što dovodi do pitanja: postoji li još neka dodatna masa koja utječe na takvo ponašanje objekata? Tako je uvedena pretpostavka o postojanju tamne materije.

Ona je nazvana tamnom jer se smatra da ova materija niti emituje niti reflektira svjetlost. Zanimljivo, ali prvobitna verzija Verlindeove teorije precizno je objasnila ovaj fenomen nedostajuće mase, koji je doveo do toga da se znanstvena javnost zapita: može li se napraviti prvi, pravi promatrački test ove teorije na osnovu modernih astronomoskih podataka koji su trenutno na raspolaganju?

Taj test došao je prethodnih dana. Tim astronoma sa Sveučilišta u Lajdenu predvođen doktoratkinjom Margot Broer objavio je rad u kome se nalaze rezultati prve i u isto vrijeme veoma uspješne provjere Verlindeove nove teorije gravitacije. Ona govori o testiranju Verlindeove teorije, njenom rezultatu ali i planovima o daljim provjerama ove zanimljive ideje.

“Bila sam upoznata sa Erikovim radom, jer se i on nalazi u Amsterdamu. S obzirom da sam se tijekom svog doktorata bavila gravitacijskim lećama u kontekstu kosmologije učinilo nam se da možemo da spojimo istraživanja i napravimo prvi test. Erik je nakon svog prvobitnog rada napisao još nekoliko modifikacija teorije, da bi ove godine objavio rad Emergent Gravity and the Dark Universe u kojem su i predviđanja koja se tiču ponašanja gravitacije na raznim skalama. Naime, na osnovu tog rada postojala je indikacija da u velikim kosmološkim strukturama, kao što su galaktička jata, postoji “višak” gravitacije kao posljedica povećane entropije, dakle imamo pojavu povećanja tzv. “entropičke gravitacije” (originalni termin koji Verlinde koristi je Emergent Gravity, prim. aut.)“.

Šta zapravo predstavlja suštinu tzv. “entropičke gravitacije”. Trenutno važeća teorija gravitaciju opisuje kao silu koje se ostvaruje preko polja (kvantna teorija polja) i čestice-prenosioca (hipotetički je predviđeno postojanje gravitona). U Verlindeovoj verziji, gravitacija se matematički reflektira na isti onaj način koji smo učili u školama: proporcionalna je proizvodu masa a obrnuto proporcionalna kvadratu rastojanja između tih masa.

Suštinska razlika je u tome što se do formule dolazi statističkim putem, na osnovu teorije termodinamike, a ne na osnovu Newtonovih principa. Ono što je prava novina u toj teoriji jest uvođenje pretpostavke da svaka dodatna informacija svoje porijeklo ima u holografskom principu, koji kaže da se apsolutno svaka informacija o bilo kom objektu (čestici) u Svemiru može pronaći u dovoljno velikoj sferi oko njega. Tu ideju postulirala su velika imena fizike (i Verlindeovi mentori), Nobelovci Gerhard t’Huft i Leonard Saskind, poznati kosmolog sa Stenforda. Međutim, Verlinde je otišao i korak dalje, pretpostavljajući da je dio informacija sadržan i u samom prostoru.

“Da, to je zaista zapanjujuće i uzbudljivo u isto vrijeme”, nastavlja Margot, “Verlinde je tako pretpostavio da svaka dodatna informacija koja je sadržana na mjestima pojačane gravitacije, tamo gde se nalazi veće koncentracije mase, dovodi do rezultantne sile koja perfektno objašnjava efekat za koji smo mislili da je prouzrokovan tamnom materijom. Pronašli smo dovoljno dobar uzorak galaksija da Verlindeovu teoriju isprobamo. Za to je bilo potrebno nekoliko uvjeta: objekti su morali da budu u lokalnom Svemiru, sferni i izolirani, tako da dominiraju svojim masama, odnosno da se na neki način ponašaju kao objekti koje u astronomiji znamo pod imenom gravitacijskih leća. Oni se tako zovu jer svojom masom zakrivljuju svjetlost objekta (galaksije u ovom slučaju, prim. aut.) pojačavaju je, i omogućavaju da se taj udaljeni objekt otkrije čak iako je mnogo slabijeg sjaja”.

Uzorak koji su Margot Broer i njeni suradnici koristili sadržao je preko 30 tisuća lokalnih galaksija na crvenim pomacima manjim od 1. To su galaksije koje su stare oko 6 milijardi godina, i za koje korekcije na kosmološke udaljenosti nisu toliko značajne kao na primjer za galaksije koje su se formirala svega milijardu godina nakon Velikog praska.

Podsjetimo se, starost Univerzuma na osnovu posljednjih mjerenja iznosi oko 13.79 milijardi godina. Tim znanstvenika je rekonstruirao masu svih selektiranih objekata, a cilj je bio da vide kako se za različite opsege masa, od najmanjih ka najvećim, ponašaju predviđanja Verlindeove teorije u odnosu na rezultate promatranja.

“Rezultat mjerenja je dao zapanjujuće precizna poklapanja teorije i promatračkih podataka. Pokazali smo da se funkcija koja opisuje mase može adekvatno precizno dobiti i bez uvođenja “u igru” tamne materije, što je bio i naš krajnji cilj”, istakla je ona.

Treba napomenuti još jednu važnu stvar kada je u pitanju Verlindeova teorija, u odnosu na neke druge alternativne teorije koje su također pokušale da objasne promatranja bez korištenja tamne materija, poput teorije MOND (Modifikovana teorija gravitacije). Dok je MOND nastao kao rezultat želje da se krene od promatranja kako bi se došlo do modifikacije ponašanja gravitacije na različitim skalama, u Verlindeovom slučaju je pristup potpuno drugačiji – on je kao rezultat svog inicijalnog pristupa iz termodinamike dobio predviđanje koje astronomi sada praktično provjeravaju.

“Uzbuđeni smo, i dobili smo veliku medijsku podršku, međutim svjesni smo da je ovo samo prvi test i da mnogo stvari treba da se uradi kako bismo bili bliži nekom konačnom odgovoru. Naime, ova teorija za sad može da objasni samo lokalne sisteme, također treba da se testira na primjeru nekih drugih objekata, prije svega onih interagujućih, a također da se provjeri kako se sve odnosi sa astročestičnom fizikom.”, zaključila je Margot.

Jedan od zanimljivih budućih testova biti će ponašanje galaksija u kompleksnim jatima poput galatičkog jata Virgo. To jato posjeduje veliki broj masivnih gravitacijskih leća, a nedavna otkrića znanstvenika sa nekih europskih instituta daju predviđanja koliko dalekih galaksija može da bude otkriveno ukoliko se iskoristi evolucija odnosa njihovog UV i infracrvenog zračenja. S obzirom da je otkriveno mnogo više izrazito luminoznih sistema nego što modeli predviđaju, to bi potencijalno bio veoma važan test za Verlindeovu teoriju dorađenu za galaksije u ranom Svemiru.

Nedugo nakon rada Margot Broer, na internet stranici novih znanstvenih publikacija arXiv pojavio se još jedan rad koji potvrđuje Verlindeovu teoriju i to za potpuno suprotan slučaj: slučaj malih satelita nešeg Mliječnog puta koji su poznati pod nazivom patuljaste sferoidne galaksije. To je istovremeno i primjer koliko se moderna znanost brzo razvija i posjeduje sasvim dovoljno promatračkih resursa da provjerava komplicirane znanstvene teorije. Ipak, ovo je tek početak priče o entropičkoj gravitaciji, jer ostaju mnogi astronomski fenomeni koje trenutni oblik Verlindeove teorije ne može da objasni bez uključivanja tamne materije. Međutim, prvi zadatak je uspješno obavljen.
www.tragomzvezda.net
Pročitano 55 puta

Energetski Projekti

hrastovic energetski projekti banner

Energetski Video

hrastovic energetski video banner

Energetski Članci

hrastovic energetski clanci banner

Random video

Udruga SOLAR

Udruga SOLAR  je nastala 2011. godine kao potreba organiziranja civilnog društva u smjeru korištenja i primjene obnovljivih izvora energije, primjene alternativnih izvora energije te povećanja energijske učinkovitosti na razini korisnika i lokalne zajednice.

Opširnije

O nama

Hrastović Inženjering d.o.o. od 2004. se razvija u specijaliziranu tvrtku za projektiranje i primjenu obnovljivih izvora energije. Osnova projektnog managementa održivog razvitka društva je povećanje energijske djelotvornosti klasičnih instalacija i zgrada te projektiranje novih hibridnih energijskih sustava sunčane arhitekture.

Cijeli živi svijet pokreće i održava u postojanju stalni dotok Sunčeve energije, a primjenom transformacijskih tehnologija Sunce bi moglo zadovoljiti ukupne energetske potrebe društva.

Kontakt info

HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o.

Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.

Kralja Tomislava 82
31417 Piškorevci
Hrvatska

E-mail:dario.hrastovic@gmail.com
Fax: 031-815-006
Mobitel:099-221-6503
© HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o. - design & hosting by Medialive