Stovime ant mokslo perversmo slenksčio? Visatai paaiškinti nereikia tamsiosios materijos - tereikia kitokio požiūrio į gravitaciją

Garsus Amsterdamo universiteto stygų teorijos specialistas, prof. Erikas Verlinde, publikavimui parengė naują tyrimą, kuriuo pademonstravo revoliucinį požiūrį į gravitacijos prigimtį.

2010 metais prof. E. Verlinde mokslo pasaulį nustebino, pasiūlydamas visiškai naują gravitacijos teoriją.

Pasak mokslininko, gravitacija nėra fundamentali gamtos jėga, o atsirandantis reiškinys. Lygiai kaip temperatūra randasi iš mikroskopinių dalelių judėjimo, taip ir gravitacija randasi iš pokyčių fundamentaliuose informacijos bituose, saugomuose pačioje erdvėlaikio struktūroje.

Niutono informacijos dėsnis

Savo 2010 metų straipsnyje apie gravitacijos kilmę ir Niutono dėsnius, E. Verlinde parodė, kaip antrasis Niutono dėsnis, nusakantis, kaip nuo medžių krenta obuoliai, o palydovai sukasi planetos orbitoje, gali būti išvestas iš erdvėlaikį sudarančių mikroskopinių elementų.

O dabar, išplėtojęs savo ankstesnį darbą ir papildęs jį kitų mokslininkų darbais, profesorius parodo, kaip galima suprasti keistą žvaigždžių elgesį galaktikose nenaudojant niekaip tiesiogiai neužfiksuotos tamsiosios materijos.

Išoriniai galaktikų (taip pat mūsiškio Paukščių Tako) regionai apie centrą sukasi kur kas greičiau, nei galėtų pagal dabartinę gravitacijos teoriją, skaičiuojant tik įprastinę materiją – žvaigždes, planetas, tarpžvaigždines dujas.

Trūksta labai stambaus gravitacine jėga pasižyminčio elemento, tad fizikai šią spragą pasiūlė užpildyti tamsiąja materija. Panašu, kad mūsų Visatoje tamsioji materija yra dominuojanti materijos forma, sudaranti net 80 proc. visos masės.

Tiesa, kol kas tamsioji materija egzistuoja tik teoriškai – nepaisant itin aktyvių pastangų ją aptikti, tiesioginių jos stebėjimo rezultatų kaip nėra, taip nėra.

Tamsiosios materijos nereikia

Anot E. Verlinde, taikant jo naująją atsirandančios gravitacijos teoriją, galaktikų sukimąsi galima paaiškinti ir be jokios tamsiosios materijos. Naujame akademiniame darbe, kurio publikavimui parengta versija patalpinta „ArXiv“ svetainėje, E. Verlinde parodė, kaip jo gravitacijos teorija tiksliai prognozuoja žvaigždžių sukimosi apie Paukščių tako centrą (ir kitų galaktikų žvaigždžių sukimosi apie savo galaktikos centrus) greitį.

„Turime įrodymų, kad šis naujas požiūris į gravitaciją iš tiesų atitinka stebėjimo rezultatus. Panašu, kad dideliu mastu gravitacija tiesiog nesielgia taip, kaip prognozuoja A. Einsteino teorija“, – tikina fizikas.

Iš pirmo žvilgsnio E. Verlinde teorija gali pasirodyti panaši į tokias modifikuotas gravitacijos teorijas, kaip 1983 metų MOND (MOdified Newtonian Dynamics, sukurta Mordehajaus Milgromo). Tačiau MOND „pritempia“ teoriją tam, kad ji atitiktų realaus stebėjimo rezultatus, o E. Verlinde teoriją pradėjo kurti nuo fundamentalių principų.

„Tai yra visiškai kitoks išeities taškas“, – savo teoriją gina E. Verlinde.

Holografinio principo taikymas

Vienas iš E. Verlinde teorijos ypatumų – holografinio principo taikymas. Holografinį principą išvystė Gerardas 't Hooftas (Utrechto universiteto mokslininkas, 1999 metais apdovanotas Nobelio premija ir E. Verlinde mokytojas) bei Leonardas Susskindas (Stenfordo universitetas).

Pagal holografinį principą, visa informacija Visatoje gali būti aprašyta ant gigantiškos įsivaizduojamos sferos, gaubiančios Visatą. Tiesa, E. Verlinde savo teorijoje teigia, kad šis principas nėra visiškai tikslus – dalis Visatos informacijos yra saugoma pačioje Visatos erdvėje.

Papildomas informacijos elementas reikalingas norint aprašyti dar vieną „tamsųjį“ Visatos elementą – tamsiąją energiją, kuri, kaip manoma, lemia greitėjantį Visatos plėtimąsi. Tyrinėdamas šios papildomos informacijos poveikį greitėjančiam Visatos plėtimuisi, E. Verlinde priėjo stulbinančią išvadą. Jeigu įprastinę gravitaciją galima užkoduoti naudojant informaciją, esančią įsivaizduojamoje sferoje aplink Visatą, kaip kad parodyta jo 2010 metų straipsnyje, pridėjus papildomą informaciją į Visatos erdvę, gaunama jėga, kuri puikiai atstoja tamsiosios materijos efektą.

Stovime ant mokslinės revoliucijos slenksčio?

Gravitacijos fizikiniam aprašymui iš tiesų stipriai trūksta naujo požiūrio – kad ir tokio, kaip pasiūlė E. Verlinde – nes dabartinė gravitacijos teorijos versija yra sunkiai suderinama su kvantine fizika.

Abi šios teorijos, kurias galima vadinti XX a. fizikos pažibomis, negali galioti vienu metu. Sunkumai kyla tada, kai svarstoma apie ekstremalias sąlygas, esančias prie juodųjų bedugnių ar buvusias Didžiojo sprogimo metu.

„Daugelis fizikų-teoretikų, tokių kaip aš, kuriame pakoreguotą teoriją ir iki šiol pasiekta tikrai nemenka pažanga. Gali būti, kad stovime ant naujo mokslinės revoliucijos slenksčio, kuris iš esmės pakeis mūsų požiūrį į erdvės, laiko ir gravitacijos prigimtį“, – sakė E. Verlinde.