Los astrónomos han sabido que las galaxias de todo el universo se comportan mal. Algunas giran muy rápidamente, mientras que otras son extremadamente calientes y otras se transforman en súper estructuras muy rápidamente.
Pero no saben por qué. Quizás algunas nuevas partículas ocultas, como Materia oscuraEso podría explicar la extrañeza. O tal vez gravedad Funciona en estos cúmulos de estrellas de una manera que los científicos no esperaban.
Durante décadas, los astrónomos han debatido las posibilidades. Si bien la mayoría de los astrónomos creen que existe materia oscura, algunos todavía creen que debemos revisar nuestra teoría de la gravedad. Sin embargo, una nueva investigación ha encontrado un defecto fatal en las teorías modificadas de la gravedad: permiten que ocurran efectos sin causa y permiten que la información viaje más rápido que la velocidad de la luz. Esto es malo … para la gravedad modificada.
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“Esto … podría cambiar el campo de investigación drásticamente, forzándolo en direcciones algo nuevas”, dijo el investigador principal y astrofísico de la Universidad de Tufts, Mark Hertzberg, a WordsSideKick.com.
Fresco, pero no demasiado frío
Algo curioso está sucediendo en el universo. Por ejemplo, según lo que los científicos esperan con base en las masas de las galaxias, las estrellas giran alrededor de sus centros muy rápidamente; Temperatura del gas dentro de cúmulos de galaxias muy calientes; Y muy pronto aparecieron grandes estructuras en nuestro mundo.
En la escala de las galaxias y el universo, o la comprensión de los astrónomos de la fuerza de la gravedad está completamente fuera de lugar, o hay un nuevo elemento en nuestro universo que ejerce la gravedad pero que por lo demás es invisible. La idea final se conoce como materia oscura fría (MDL), que es el nombre que se le da a una forma hipotética de materia hasta ahora desconocida para la física. Hay ‘granizo’ para indicar que no importa cuán extraña sea la responsable de la materia oscura, se está moviendo relativamente lento, a diferencia de otros candidatos a materia oscura como Neutrino Ejemplo de un filtro de partículas de materia oscura caliente.
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“Si uno abandona los principios de causalidad y localidad, entonces somos fundamentalmente incapaces de explicar la estructura del Modelo Estándar de física de partículas y relatividad general”.
Mark Hertzberg, Universidad de Tufts
Al poblar las galaxias con una forma de material invisible a la luz, la hipótesis del MDL tiene un gran éxito en explicar la mayoría de las observaciones de las galaxias y el universo en general. Es, con mucho, la explicación más común de por qué el universo se comporta como lo hace.
Pero la hipótesis del MDL no es perfecta. Sea lo que sea, está fuera del paradigma estándar de la física de partículas, lo que significa que no tenemos idea de qué es. También le resulta difícil explicar algo llamado relación bariónica peaje-pescador. La relación observada muestra que la masa total de materia ordinaria, llamada materia bariónica, de la galaxia es proporcional a la cuarta fuerza de la velocidad de rotación. Pero los modelos CDM predicen que la relación debería ser con la tercera fuerza, y predicen que las galaxias giran más lento para una cierta cantidad de masa de lo que realmente lo hacen.
¿Qué más podría pasar?
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Una alternativa a toda la idea del MDL es una comprensión modificada de la gravedad. Los modelos más simples pertenecen a una categoría llamada MOND, para la dinámica newtoniana modificada. Estos modelos reemplazan la física newtoniana (piense en la fuerza = aceleración de la masa x) con otras relaciones que coinciden con la tasa de rotación observada de las estrellas dentro de las galaxias. Si bien estos modelos fueron populares cuando se descubrió la materia oscura por primera vez en las décadas de 1970 y 1980, no lograron explicar las observaciones de los cúmulos de galaxias y el universo en general; Como tal, la mayoría de los estudiosos han rechazado estos modelos.
Pero las deficiencias en el CDM para explicar la dinámica de las galaxias internas brindan una oportunidad para la supervivencia de Mond. Si la teoría “MONDian” va a competir por la etapa galáctica, debe ser compatible con nuestras otras teorías en física, como la teoría especial de la relatividad y Mecánica cuántica. Esto es exactamente lo que Hertzberg y su equipo se propusieron hacer. Los resultados de su estudio se publicaron en mayo en la base de datos de preimpresión. arXivPor lo tanto, el estudio no fue revisado por pares.
La única posibilidad de conseguir algo nuevo. [within the framework of relativity and quantum mechanics] Está agregando nuevos grados de libertad “, dijo Hertzberg a WordsSideKick.com. En otras palabras, para que las teorías MONDian funcionen con la física conocida, debes agregar una gran cantidad de cosas no convencionales a las teorías. Al examinar estas cosas no convencionales, Hertzerg dijo y encontró colaboradores. Algunos problemas teóricos inherentes a estos intentos “.
Local y causal
Por ejemplo, Hertzberg y sus colegas examinaron si las teorías MONDian protegen dos principios: estado y causalidad. El localismo es el concepto de que las cosas se ven afectadas directamente solo por su entorno; para que un objeto afecte a otro, ese efecto debe transmitirse a través de algo así como una fuerza que viaja a una velocidad finita. La causalidad es la simple idea de que todos los eventos tienen una causa.
Si la teoría viola el estado y / o la causalidad, es poco probable que se ajuste a nuestras teorías de la física, que protegen ambos principios.
“Si uno abandona los principios de causalidad y localidad, entonces esto significa que somos fundamentalmente incapaces de explicar la estructura del Modelo Estándar de la física de partículas y la relatividad general, ya que son algunos de los principios centrales los que intervienen en la construcción de estas teorías en Hertzberg. “En otras palabras, si la causalidad está mal rota. En la naturaleza, es posible que ya lo hayamos visto en varias correcciones a la física de partículas en el laboratorio o pruebas gravitacionales en el espacio”.
En otras palabras, deberíamos habernos dado cuenta de eso ahora.
Dado que toda la evidencia disponible apunta a la preservación del estatus y la causalidad (al menos en escalas macroscópicas), debe estar sujeta a cualquier nueva teoría en física. El equipo de físicos puso a prueba las teorías de MONDian y descubrió que contienen características que no permiten ni el positivismo ni la gravedad. En otras palabras, si las teorías de MONDian son correctas, es posible que los eventos sucedan sin razón y que los efectos viajen instantáneamente, violando el límite de velocidad de la luz en el universo.
“Dado que hemos descubierto que las propuestas actuales para teorías radicalmente nuevas sobre materia oscura y tipo MOND tienen alguna forma de causalidad, sugieren que es posible que no se incorporen a la física fundamental, al menos en su forma actual”, dijo Hertzberg.
¿El fin de MOND?
En realidad, podría ser posible violar el espacio y la causalidad a niveles galácticos, pero sería extremadamente difícil reconciliar todo lo demás que sabemos sobre física.
Con respecto al futuro de las teorías de MONDian, Hertzberg especuló: “Estimula los intentos de intentar construir algunas clases de paradigmas similares que de alguna manera preservan la causalidad, pero esto parece difícil de lograr. En nuestro artículo, mostramos que la forma general de estos modelos falla en la pruebas de consistencia antes mencionadas. “.
Sin embargo, el modelo de “materia oscura fría” tiene dificultades para explicar los detalles de la física de las galaxias. Pero podría haber causas mucho más mundanas en lugar del corazón de toda la física conocida. Es extremadamente difícil modelar cómo se forman y evolucionan las galaxias, incluso considerando todos los procesos caóticos en los que la materia natural juega un papel. Quizás, una comprensión más avanzada de las galaxias proporcionará una explicación de la relación bariónica observada de Tully-Fisher.
El MDL es, con mucho, nuestra mejor explicación.
“Lo maravilloso del MDL es que teóricamente se encuentra en tierra firme y pasa todas las pruebas de consistencia teórica mencionadas anteriormente, aunque no es parte del Modelo Estándar de física de partículas”, dijo Hertzberg. “La razón por la que digo que está en tierra firme es que no existe una razón teórica conocida para la ausencia de algunas partículas estables y neutrales en el universo que no están muy relacionadas con nosotros. Por lo tanto, el MDL se admite, por ahora, como un pionero ocurrencia.”
Publicado originalmente en Live Science.
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