Mereka mengatakan bahawa ada jirim yang paling gelap di alam semesta (jika kita membincangkan jirim secara umum). Namun dalam kehidupan seharian kita secara praktikalnya tidak menghadapinya. Kita tahu matahari - objek paling besar dalam sistem suria - ia terbuat dari bahan biasa (proton, neutron dan elektron), tetapi ada banyak sumber lain, termasuk planet, gas, habuk, plasma dan sisa-sisa bintang. Bahan gelap tidak ada di antara mereka - dan bahkan Model Piawai tidak menggambarkan zarahnya. Sudah tentu, perkara gelap bukan satu-satunya cara untuk menerangkan fenomena graviti yang diperhatikan di Alam Semesta. Pilihan lain adalah mengubah teori graviti, yang sudah banyak yang cuba dilakukan. Ini memunculkan idea Modifikasi Newtonian Dynamics (MOND) dan teori lain, yang masih merupakan alternatif yang popular untuk bahan gelap.
Untuk bermula di suatu tempat, kita perlu kembali ke tahun 1800-an dan membincangkan masalah yang wujud jauh sebelum masalah gelap "jisim yang hilang" (atau "cahaya yang hilang") dan MOND cuba menyelesaikannya: masalah Uranus-Mercury. Undang-undang graviti Newton, yang dipelopori oleh Newton pada tahun 1600-an, sangat berjaya dalam menggambarkan segalanya - sejauh yang kita ketahui - ia diterapkan. Dari pergerakan proyektil ke objek rolling; dari berat objek hingga berdetik jam pendulum; dari daya tarikan kapal ke orbit bulan di sekitar Bumi, graviti Newton tidak pernah gagal.
Tiga undang-undang Kepler, kes khas formula gravitasi Newton, diterapkan pada semua planet yang diketahui pada tahap yang sama:
1. Planet bergerak dalam elips dengan Matahari dalam salah satu fokus.
2. Setiap planet bergerak dalam satah yang melewati pusat Matahari, dan untuk selang waktu yang sama vektor radius yang menghubungkan Matahari dan planet menerangkan kawasan yang sama.
3. Kuadrat dari periode revolusi planet di sekitar Matahari disebut sebagai kubus sumbu separa utama orbit planet.
Dunia dalaman dan luaran yang diketahui semua mematuhi undang-undang ini, sehingga tidak ada penyimpangan yang dinyatakan selama beratus-ratus tahun. Tetapi dengan penemuan Uranus pada tahun 1781, sesuatu berubah. Sementara planet yang terakhir ditemukan bergerak dalam elips mengelilingi Matahari, ia bergerak dengan kelajuan yang salah jika dibandingkan dengan hukum gravitasi yang diramalkan.
Video promosi:
Dalam 20 tahun pertama sejak pembukaannya, bergerak lebih cepat, setiap malam dan setiap tahun, daripada undang-undang yang ditentukan. Selama 20-25 tahun ke depan, planet ini bergerak dengan ketat sesuai dengan undang-undang. Tetapi kemudian ia menjadi perlahan, dan kelajuan turun di bawah yang diramalkan.
Adakah terdapat kesalahan dalam undang-undang graviti? Mungkin. Tetapi ada kemungkinan bahawa ada sedikit perkara lain - sesuatu yang tidak kelihatan, benda gelap - yang mempengaruhi Uranus, menyebabkan gangguan pada orbitnya. Ini lebih seperti kebenaran. Selepas perang teori antara Urbain Le Verrier dan John Coach Adams, yang bekerja secara bebas dan membuat ramalan mengenai lokasi planet baru, ramalan Le Verrier disahkan oleh Johann Halle dan pembantunya Heinrich d'Arre pada 23 September 1846. Planet Neptunus ditemui, objek pertama yang keberadaannya disimpulkan dari kesan jisimnya: pengaruh graviti.
Sebaliknya, planet dalaman Mercury - berkat peningkatan ketepatan pemerhatian dan digabungkan dengan data sekular - mulai menunjukkan pelanggaran undang-undang graviti yang lebih asing lagi. Sekiranya undang-undang Kepler meramalkan bahawa planet-planet harus bergerak dalam elips ideal dengan Matahari dalam salah satu fokus, maka dengan syarat tidak ada massa lain yang melanggar atau mempengaruhi sistem. Tetapi tidak ada massa di sekitar, dan Mercury tidak bergerak sepanjang elips yang sempurna. Elipsnya berlaku dari masa ke masa.
Dengan menggunakan hukum graviti Newton, kita dapat mempertimbangkan pengaruh semua planet yang diketahui (termasuk Neptunus). Setelah melakukan semua ini, kita akan mendapati bahawa masih ada sedikit perbezaan antara yang diramalkan dan yang diperhatikan: 43 praseesi per abad, atau 0,012 darjah per abad. Tetapi ini bukan kemalangan.
Apa penjelasannya kali ini? Adakah jisim tidak kelihatan baru ini berkaitan dengan bahagian dalam Mercury? Atau adakah masalah yang sebenarnya merangkumi hukum graviti? Pencarian menyeluruh untuk mendapatkan jawaban atas pertanyaan ini menyebabkan planet teoritis Vulcan baru, yang seharusnya lebih dekat dengan Matahari daripada yang lain. Tetapi tidak dijumpai Vulcan. Penyelesaiannya datang pada tahun 1915 ketika Einstein menggariskan teorinya mengenai relativiti umum.
Sekarang marilah kita meluangkan masa sehingga tahun 1970-an - sehingga sejumlah pemerhatian saintifik oleh Vera Rubin. Kami memerhatikan galaksi individu - khususnya galaksi tepi - dan mengukur profil halaju mereka. Kami melihat satu sisi galaksi dan melihatnya bergerak ke arah kami (dengan pergeseran biru), kami melihat yang lain - ia menjauh dari kami (dengan pergeseran merah), dan inilah cara kami menentukan putaran galaksi. Apa yang kita harapkan dari mereka? Seperti sistem suria kita, bintang dalam mesti berputar lebih cepat, dan semakin jauh dari pusat, semakin rendah kelajuannya. Tetapi bukan itu yang kita dapati.
Sebaliknya, kelajuan putaran setiap galaksi tetap berterusan tanpa mengira jarak. Kenapa? Sekali lagi, ada dua pilihan: sama ada undang-undang graviti perlu diperbaiki, atau kita mesti menganggap adanya jisim berlebihan yang tidak dapat dilihat.
MOND pertama kali diperhatikan oleh Moti Milgrom pada tahun 1981, yang memerhatikan bahawa jika kita mengubah hukum graviti pada pecutan yang sangat rendah - seperti pecahan nanometer per saat kuasa dua - kita dapat menjelaskan lengkungan putaran ini. Selain itu, pengubahsuaian yang sama, tunggal dan konsisten, dapat menjelaskan putaran semua galaksi, dari yang terkecil hingga yang terbesar. MOND masih melakukannya dan melakukannya dengan baik.
Bahan gelap, sebaliknya, menunjukkan bahawa selain zarah normal Model Piawai dan bahan biasa "proton, neutron dan elektron" yang membentuk hampir semua yang kita ketahui, ada jenis jirim yang baru. Untuk menjelaskan fenomena putaran, diusulkan untuk memperkenalkan lingkaran besar jirim, yang tidak berinteraksi dengan cahaya, tetapi tidak melekat bersama, dan tidak berinteraksi dengan bahan biasa, kecuali secara gravitasi. Itulah idea jirim gelap.
Materi gelap dapat menjelaskan lengkungan putaran ini, tetapi perkara itu tidak sama seperti MOND. Simulasi berangka untuk halos, yang menghasilkan model bahan gelap yang paling ringkas, tidak sepadan dengan pemerhatian; halo terlalu "dirobohkan" di tengah dan terlalu "gebu" di pinggir bandar. (Dari sudut teknikal, mereka nampaknya lebih isotermal daripada yang dijangkakan). Pendek kata, MOND adalah pemimpin yang jelas pada mulanya.
Tetapi di sana, selanjutnya, seluruh Alam Semesta bermula. Apabila anda mencadangkan teori baru untuk menggantikan yang lama - bagaimana relativiti umum menggantikan undang-undang Newton - teori anda mesti memenuhi tiga prinsip:
1. Ia mesti menghasilkan kejayaan sepenuhnya dari teori terkemuka sebelumnya.
2. Ia mesti berjaya menerangkan fenomena baru (atau fenomena) yang mana ia diciptakan.
3. Dan dia mesti membuat ramalan baru yang akan disahkan, disahkan atau dibantah secara eksperimen atau pemerhatian, sehingga unik bagi teori baru.
Kami bercakap mengenai semua kejayaan teori terkemuka sebelumnya, dan banyak.
Terdapat kelengkungan graviti cahaya bintang dengan massa, lensa graviti yang kuat dan lemah. Terdapat kesan Shapiro. Terdapat pelebaran masa graviti dan pergeseran merah graviti. Terdapat konsep Big Bang dan konsep alam semesta yang berkembang. Terdapat pergerakan galaksi dalam kelompok dan pengelompokan galaksi itu sendiri pada skala terbesar.
Dalam kes semua contoh ini - semua - MOND mengalami kekalahan yang teruk, baik dengan tidak menawarkan ramalan atau dengan membuat ramalan yang sangat tidak sesuai dengan data yang ada. Anda dapat dengan tepat menunjukkan bahawa MOND tidak pernah dimaksudkan untuk menjadi teori yang lengkap, melainkan gambaran tentang satu fenomena yang boleh membawa kepada teori yang lebih lengkap. Banyak orang mengusahakan pelanjutan MOND yang dapat menjelaskan pemerhatian ini, tetapi tidak berhasil.
Tetapi jika anda meneruskan undang-undang graviti Einstein dan hanya menambahkan bahan baru, bahan gelap yang sejuk, anda boleh menerangkan semuanya, termasuk beberapa nuansa baru yang tidak biasa.
Anda boleh menerangkan corak pengelompokan yang diperhatikan dalam struktur alam semesta berskala besar jika anda mempunyai bahan gelap lima kali lebih banyak daripada jirim biasa.
Dan yang lebih mengagumkan ialah anda dapat membuat ramalan yang sama sekali baru: Apabila dua kelompok galaksi bertembung, gas di dalamnya memanas, melambatkan dan memancarkan sinar-X, sementara jisim yang kita lihat dengan lensa graviti mengikuti bahan gelap dan digantikan oleh sinar-X. Ramalan baru ini telah disahkan secara eksperimen dan telah berlaku selama sepuluh tahun, memberikan pengesahan tidak langsung mengenai kewujudan bahan gelap.
MOND mempunyai kelebihan untuk menerangkan keluk putaran galaksi lebih baik daripada jirim gelap. Tetapi ini bukan teori fizikal, dan ini tidak sesuai dengan keseluruhan pemerhatian yang kita ada. Bahan gelap wujud - sekurang-kurangnya dalam teori - kerana ia memberi kita alam semesta yang sama, konsisten, tanpa sebarang pengubahsuaian.
Tetapi kegagalan MOND, kosmologi, meletakkannya di bawah perkara gelap. Biarkan dia menghasilkan semua kejayaan kerelatifan umum, menjelaskan fenomena baru, membuat ramalan yang dapat disahkan - dan para saintis pasti akan bertukar menjadi kepercayaan baru. Lagipun, mereka adalah saintis yang baik.
