İncelememiz, yeni bir yerçekimi teorisi lehine onu terk etme zamanının geldiğini gösteriyor.

Newton’un fizik yasalarını kullanarak Güneş Sistemi’ndeki gezegenlerin hareketlerini oldukça doğru bir şekilde modelleyebiliriz. Ancak 1970’lerin başında bilim adamları şunu fark ettiler: bu işe yaramadı disk galaksileri-yıldızlar, merkezlerindeki tüm maddenin yerçekimi kuvvetinden uzakta, dış kenarlarında- Newton’un teorisinin öngördüğünden çok daha hızlı hareket ediyorlardı.

Bu, fizikçilerin “karanlık madde” adı verilen görünmez bir maddenin ekstra yerçekimi sağlayarak yıldızların hızlanmasına neden olduğunu öne sürmesine neden oldu – son derece popüler hale gelen bir teori. Bununla birlikte, yakın tarihli bir incelemede meslektaşlarım ve ben, çok çeşitli ölçeklerdeki gözlemlerin, 1982’de İsrailli fizikçi Mordehai Milgrom tarafından önerilen Milgromian dinamikleri veya Pazartesi-görünmez madde gerektirmeyen.

Mond’un ana varsayımı, galaksilerin kenarlarında olduğu gibi, yerçekimi çok zayıfladığında Newton fiziğinden farklı davranmaya başlamasıdır. Bu şekilde, mümkün açıklamak 150’den fazla gökadanın kenar mahallelerindeki yıldızlar, gezegenler ve gazlar neden sadece görünür kütlelerine dayanarak beklenenden daha hızlı dönüyorlar? Ama Mond sadece açıklamak bu tür rotasyon eğrileri, çoğu durumda, tahmin eder onlara.

bilim felsefecileri tartıştı Bu tahmin gücünün Mond’u, evrende görünür maddeden daha fazla karanlık madde olduğunu öne süren standart kozmolojik modelden üstün kıldığını. Bunun nedeni, bu modele göre, galaksilerin, galaksinin nasıl oluştuğunun ayrıntılarına bağlı olan ve her zaman bilmediğimiz, oldukça belirsiz miktarda karanlık maddeye sahip olmasıdır. Bu, galaksilerin ne kadar hızlı dönmesi gerektiğini tahmin etmeyi imkansız hale getirir. Ancak bu tür tahminler Mond ile rutin olarak yapılır ve şimdiye kadar bunlar doğrulanmıştır.

Bir galaksideki görünür kütlenin dağılımını bildiğimizi, ancak dönme hızını henüz bilmediğimizi hayal edin. Standart kozmolojik modelde, dönüş hızının eteklerde 100km/s ile 300km/s arasında olacağını biraz güvenle söylemek mümkün olacaktır. Mond, dönüş hızının 180-190km/s aralığında olması gerektiğine dair daha kesin bir tahminde bulunur.

Gözlemler daha sonra 188 km/s’lik bir dönüş hızını ortaya çıkarırsa, bu her iki teoriyle de tutarlıdır – ancak açıkçası Mond tercih edilir. Bu modern bir versiyonu Occam’ın usturası– en basit çözümün daha karmaşık olanlara tercih edilmesi, bu durumda gözlemleri mümkün olduğunca az “serbest parametre” ile açıklamamız gerekir. Serbest parametreler sabitlerdir—işleyebilmeleri için denklemlere eklememiz gereken belirli sayılardır. Ancak bunlar teorinin kendisi tarafından verilmez – belirli bir değere sahip olmaları için hiçbir neden yoktur – bu yüzden onları gözlemsel olarak ölçmek zorundayız. Bir örnek, Newton’un yerçekimi teorisindeki yerçekimi sabiti G veya standart kozmolojik modeldeki galaksilerdeki karanlık madde miktarıdır.

Occam’ın usturasının altında yatan, daha özgür parametrelere sahip bir teorinin daha geniş bir veri yelpazesiyle tutarlı olduğu ve onu daha karmaşık hale getirdiği fikrini yakalamak için “teorik esneklik” olarak bilinen bir kavram sunduk. İncelememizde, standart kozmolojik modeli ve Mond’u galaksilerin dönüşü ve galaksi kümeleri içindeki hareketler gibi çeşitli astronomik gözlemlere karşı test ederken bu kavramı kullandık.

Her seferinde –2 ile +2 arasında teorik bir esneklik puanı verdik. –2 puanı, bir modelin verilere bakmadan net ve kesin bir tahmin yaptığını gösterir. Tersine, +2 “her şey yolunda” anlamına gelir – teorisyenler hemen hemen her makul gözlemsel sonuca uyabilirdi (çünkü çok fazla serbest parametre var). Ayrıca her bir modelin gözlemlerle ne kadar iyi eşleştiğini, +2’nin mükemmel uyumu gösterdiğini ve –2’nin teorinin yanlış olduğunu açıkça gösteren gözlemler için ayrıldığını değerlendirdik. Daha sonra gözlemlerle uyum için teorik esneklik puanını bundan çıkarıyoruz, çünkü verileri iyi bir şekilde eşleştirmek iyidir – ancak herhangi bir şeye uyabilmek kötüdür.

İyi bir teori, daha sonra doğrulanacak, ideal olarak birçok farklı testte (+2 -(-2) = +4) toplam +4 puan alan net tahminler yapar. Kötü bir teori 0 ile -4 (-2 -(+2)= -4) arasında bir puan alır. Bu durumda kesin tahminler başarısız olur – bunların yanlış fizikle çalışması pek olası değildir.

Standart kozmolojik model için 32 testte -0,25 ortalama puan bulduk, Mond ise 29 testte ortalama +1,69 elde etti. Birçok farklı testte her bir teorinin puanları, sırasıyla standart kozmolojik model ve Mond için aşağıdaki Şekil 1 ve 2’de gösterilmektedir.

En azından makul bir şekilde tüm verilerle uyumlu olan Mond için hiçbir önemli sorunun tanımlanmadığı hemen anlaşılıyor (aşağıdaki şekilde tahrifleri gösteren alttaki iki satırın boş olduğuna dikkat edin).

Karanlık madde ile ilgili sorunlar

Standart kozmolojik modelin en çarpıcı başarısızlıklarından biri, sarmal gökadaların genellikle merkez bölgelerinde bulunan yıldızlardan oluşan çubuk şeklindeki parlak bölgeler olan “galaksi çubukları” ile ilgilidir (baştaki resme bakın). Çubuklar zamanla döner. Galaksiler büyük karanlık madde halelerine gömülü olsaydı, çubukları yavaşlardı. Ancak, hepsi olmasa da, gözlemlenen galaksi çubuklarının çoğu hızlıdır. Bu tahrif eder çok yüksek güvenilirliğe sahip standart kozmolojik model.

Diğer bir sorun ise, orijinal modeller Galaksilerin karanlık madde haleleri olduğunu öne sürmek büyük bir hata yaptı – karanlık madde parçacıklarının etrafındaki maddeye yerçekimi sağladığını, ancak normal maddenin yerçekiminden etkilenmediğini varsaydılar. Bu, hesaplamaları basitleştirdi, ancak gerçeği yansıtmıyor. Bu dikkate alındığında sonraki simülasyonlar Galaksilerin etrafındaki karanlık madde halelerinin özelliklerini güvenilir bir şekilde açıklamadığı açıktı.

Mond’un sıklıkla doğal olarak açıklamak gözlemler. Standart kozmolojik modelin yine de bu kadar popüler olmasının nedeni, bazıları oldukça yakın zamanda keşfedilen hesaplama hataları veya başarısızlıkları hakkında sınırlı bilgi olabilir. Ayrıca, insanların fiziğin diğer birçok alanında çok başarılı olan bir yerçekimi teorisini değiştirme konusundaki isteksizliğinden de kaynaklanabilir.

Mond’un çalışmamızdaki standart kozmolojik model üzerindeki büyük liderliği, Mond’un mevcut gözlemler tarafından güçlü bir şekilde tercih edildiği sonucuna varmamıza neden oldu. Mond’un mükemmel olduğunu iddia etmesek de, yine de büyük resmi doğru bulduğunu düşünüyoruz – galaksiler gerçekten karanlık maddeden yoksundur.

Bu makale şuradan yeniden yayınlandı: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak orijinal makale.