Fizycy proponują nową teorię, która tłumaczy dziwne zachowanie galaktyk. Odpowiedzią są fotony i ich masa

Artykuł/Nauka 08.03.2019
Fizycy proponują nową teorię, która tłumaczy dziwne zachowanie galaktyk. Odpowiedzią są fotony i ich masa

Fizycy proponują nową teorię, która tłumaczy dziwne zachowanie galaktyk. Odpowiedzią są fotony i ich masa

Według przeważającej części fizyków ciemna materia odpowiada za większość masy wszechświata, a przez to również większość zachowań związanych z grawitacją, takich jak obracanie się galaktyk. Nowa teoria opublikowana w The Astrophysical Journal podważa tę koncepcję.

W skrócie brzmi ona następująco. Fotony, czyli cząsteczki światła posiadają bardzo, ale to bardzo małą masę, przez co w ilościach hurtowych są w stanie wpływać na zachowanie obiektów w kosmosie. To według autorów pracy, tłumaczyłoby dziwne zachowanie galaktyk – chodzi o to, że dalsze układy gwiezdne obracają się wokół centrum danej galaktyki z tą samą prędkością, co systemy znajdujące się bliżej środka.

Dotychczas wydawało nam się, że za ten stan rzeczy odpowiada ciemna materia.

Takie zachowanie jest nieco podejrzane, szczególnie jeśli porównamy je z zasadami panującymi w dowolnym układzie gwiezdnym, gdzie obiekty znajdujące się bliżej gwiazdy (czyli centrum układu) poruszają się szybciej, niż te na jego obrzeżach. Jeśli chodzi o rotację galaktyk, efekt ten nie występuje. A jeśli nie występuje, to w takim układzie na te dalsze systemy musi działać jakaś dodatkowa siła. Do tej pory ogólnie przyjęta teoria wskazywała na ciemną materię.

Zakładając, że pewna masa fotonów jest znacznie mniejsza niż obecna górna granica, możemy pokazać, że masa ta byłaby wystarczająca do wygenerowania dodatkowych sił w galaktyce i że siły te byłyby na tyle duże, aby objaśnić krzywe obrotu. Ten wniosek jest niezwykle ekscytujący – mówi Dmitry Budker, profesor z Instytutu Helmholtz w Mainz.

Ale zaraz, fotony mają masę?

Takie stwierdzenie kłóciłoby się z kilkoma fundamentalnymi teoriami, na których oparte są dzisiejsze modele fizyczne. Na przykład tą dotyczącą prędkości światła, według której (w bardzo wielkim uproszczeniu) tylko światło może ją osiągnąć, ponieważ fotony nie posiadają żadnej masy. Jak to bywa w fizyce, sprawa ta jest o wiele bardziej skomplikowana. Aktualnie przyjęty dogmat o tym, że fotony nie posiadają żadnej masy nie obowiązywał od zawsze.

Kiedyś, o wiele częściej fizycy rozróżniali masę spoczynkową od masy relatywistycznej, która jest proporcjonalna do zerowej składowej czterowektora energii-pędu oraz odwrotnie proporcjonalna do prędkości światła. Do tego jest zmienna w zależności od układu odniesienia, co sprawia że pędzący przez przestrzeń kosmiczną foton ze swojej perspektywy rzeczywiście nie posiada żadnej masy. Jednak obserwowany z zewnątrz… Nie śmiem nawet udawać eksperta w tym temacie, ale chciałbym odesłać was do bardzo dobrego wyjaśnienia tej kwestii. O tutaj.

Nowa teoria zaproponowana przez Budkera i jego kolegów z pewnością sprawiłaby, że dzisiejsze modele fizyczne wszechświata trzeba by przebudować w taki sposób, aby uwzględniały oddziaływanie fotonów na wszystkie obiekty, podatne na interakcje z falami grawitacyjnymi.

Otwartą kwestią pozostaje również to, czy kiedykolwiek uda nam się opracować metodę, która pozwoliłaby na zmierzenie tej niewyobrażalnie małej masy pojedynczego fotonu. O ile w ogóle ją posiada.

Obecnie są to czysto teoretyczne rozważania, których nie można udowodnić. Niemniej, jest to bardzo ciekawa koncepcja, według której osiągnięcie prędkości światła byłoby trochę łatwiejsze (lecz nadal prawie niemożliwe), niż dotychczas się nam wydawało.

Musisz przeczytać:

Dołącz do dyskusji