Μια νέα θεωρία για την βαρύτητα εξηγεί την σκοτεινή ύλη

Posted on 09/11/2016

0


Πριν από έξι χρόνια ο Erik Verlinde, καθηγητής θεωρητικής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ, δημοσίευσε μια «αιρετική» εργασία με τίτλο «On the Origin of Gravity and the Laws of Newton»  στην οποία αποδεικνύει ότι η βαρυτική δύναμη που περιγράφει ο νόμος της παγκόσμιας έλξης του Νεύτωνα είναι μια εντροπική δύναμη.

Η εντροπική δύναμη είναι μια φαινομενολογική δύναμη που εμφανίζεται σε ένα σύστημα εξαιτίας της φυσικής τάσης προς αύξηση της εντροπίας. Δηλαδή οι εντροπικές δυνάμεις ουσιαστικά οφείλονται στον δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο.
Πως γίνεται μια δύναμη να «αναδύεται» από την εντροπία;
Αυτό γίνεται κατανοητό αν ξεκινήσουμε από την θερμοδυναμική ταυτότητα

dE = T \, dS - P \, dV + \mu \, dN

όπου Ε η ενέργεια του συστήματος, T η θερμοκρασία, P η πίεση, V ο όγκος, μ το χημικό δυναμικό και N ο αριθμός των σωματιδίων του συστήματος.
Κάτω από συγκεκριμένες προϋποθέσεις, η παραπάνω εξίσωση μπορεί να γίνει απλούστερη

dE = T \, dS

Αν η ενέργεια και η εντροπία εξαρτώνται από την συντεταγμένη x, τότε παραγωγίζοντας ως προς x προκύπτει

dE/dx = T \, dS/dx

όπου η παράγωγος της ενέργειας εκφράζει δύναμη (την εντροπική δύναμη):

F(x) = T \, dS/dx

Η πίεση ενός ιδανικού αερίου ή το φαινόμενο της ώσμωσης είναι τα πιο κοινά παραδείγματα εντροπικών δυνάμεων.

Ξεκινώντας από τις πρώτες αρχές και τις γενικές παραδοχές του νόμου της βαρύτητας του Νεύτωνα, σύμφωνα με τον Eric Verlinde, καταλήγει κανείς αναπόφευκτα σε μια θεωρία στην οποία ο χώρος αναδύεται μέσα από ένα ολογραφικό σενάριο και η βαρύτητα ερμηνεύεται ως εντροπική δύναμη,
μια δύναμη που προκαλείται από τις μεταβολές στις πληροφορίες που σχετίζονται με τις θέσεις των υλικών σωμάτων. Η σχετικιστική γενίκευση των επιχειρημάτων αυτών οδηγούν στις εξισώσεις του Αϊνστάιν.

Στα χρόνια που μεσολάβησαν, ο Verlinde συνέχισε να βελτιώνει την θεωρία του έτσι ώστε να ταιριάζει ακόμη καλύτερα με τα παρατηρησιακά δεδομένα.new_theory_of_gravity_954x716
Έτσι, χθες δημοσίευσε ένα νέο άρθρο (Emergent Gravity and the Dark Universe) στο οποίο εξηγεί πώς αυτή η εναλλακτική περιγραφή μπορεί να εξηγήσει τις ανωμαλίες στην κίνηση των εξωτερικών περιοχών των γαλαξιών, καταργώντας την ανάγκη ύπαρξης της σκοτεινής ύλης!

Διαβάστε περισσότερα εδώ: New theory of gravity might explain dark matter και το σχετικό άρθρο του Κώστα Δεληγιάννη που ακολουθεί:

Θεωρία για τη βαρύτητα «αποσύρει» τη σκοτεινή ύλη από το σύμπαν

Για ποιο λόγο κοσμικές δομές, όπως οι εξωτερικές περιοχές των γαλαξιών, δεν κινούνται όπως περιγράφει η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν;
Σύμφωνα με τους περισσότερους φυσικούς, η απάντηση κρύβεται στη σκοτεινή ύλη, ένα υλικό με μυστηριώδη φύση, αφού δεν έχει ανιχνευθεί πειραματικά καθώς δεν εκπέμπει ούτε απορροφά ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, όπως για παράδειγμα φως.
Ωστόσο, μερικοί επιστήμονες υποστηρίζουν πως, αντί να «προδίδουν» την ύπαρξη ενός εξωτικού υλικού, τέτοιες ασυμφωνίες απλώς «προδίδουν» το γεγονός ότι η Γενική Θεωρία δεν περιγράφει με ακρίβεια τη συμπεριφορά της βαρύτητας. Ανάμεσά τους, ο Ολλανδός Έρλικ Βελρίντε, καθηγητής στο πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ και το Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής Delta, ο οποίος από το 2010 έχει προτείνει ένα εναλλακτικό μοντέλο περιγραφής της βαρύτητας.
Στα χρόνια που μεσολάβησαν, ο Βελρίντε συνέχισε να βελτιώνει το μοντέλο του, ώστε να ταιριάζει ακόμη καλύτερα με τα παρατηρησιακά δεδομένα. Έτσι, χθες δημοσίευσε άρθρο το οποίο εξηγεί πώς αυτή η εναλλακτική περιγραφή μπορεί να εξηγήσει τις ανωμαλίες στην κίνηση των εξωτερικών περιοχών των γαλαξιών, καταργώντας την ανάγκη ύπαρξης της σκοτεινής ύλης.
Σύμφωνα με τη θεωρία του Ολλανδού φυσικού, η βαρύτητα δεν αποτελεί μία θεμελιώδη δύναμη στο σύμπαν, αλλά ένα «αναδυόμενο φαινόμενο». Έτσι με τον ίδιο τρόπο που η θερμοκρασία ενός σώματος είναι η εκδήλωση της κινητικής κατάστασης των μορίων του, η βαρύτητα σύμφωνα με τον Βελρίντε δεν είναι τίποτε άλλο από την εκδήλωση των μεταβολών που υφίστανται στοιχειώδη bit πληροφορίας, τα οποία είναι ενσωματωμένα στη δομή του χωρόχρονου.
Από τα πρώτα βήματα διατύπωσης της θεωρίας του, ο επιστήμονας μπόρεσε να δείξει πώς ο παραπάνω μηχανισμός συμφωνεί με όλα τα φαινόμενα που περιγράφονται από τον Δεύτερο Νόμο του Νεύτωνα – από την πτώση μίας πέτρας, μέχρι την κίνηση ενός δορυφόρου γύρω από τη Γη. Τώρα, παρουσιάζει πώς μπορεί να εξηγήσει τις ανωμαλίες στην κίνηση των εξωτερικών περιοχών των γαλαξιών, χωρίς καμία παραπομπή στη σκοτεινή ύλη.
«Έχουμε ενδείξεις ότι αυτή η νέα θεώρηση για τη βαρύτητα συμφωνεί με τις παρατηρήσεις», λέει ο ίδιος στην ιστοσελίδα του Ινστιτούτου Delta. «Όπως φαίνεται, στις μεγάλες κλίμακες, η βαρύτητα δεν συμπεριφέρεται όπως προβλέπει η θεωρία του Αϊνστάιν».
Βασικός «πυλώνας» της θεωρίας του Βελρίντε είναι μία παραλλαγή που ο ίδιος επινόησε της Ολογραφικής Αρχής, την οποία διατύπωσε ο Γκέραρντ Χουφτ, καθηγητής και μέντοράς του, με τον Λέοναρντ Σάσκιντ από το πανεπιστήμιο Στάντφορντ στις ΗΠΑ. Στην εκδοχή που διατύπωσαν την Ολογραφική Αρχή οι δύο επιστήμονες, όλα τα φαινόμενα στο σύμπαν αποθηκεύονται ως πληροφορίες σε δύο διαστάσεις, δηλαδή σε μία φανταστική επιφάνεια που περιβάλλει το σύμπαν.
Σύμφωνα με τον Βελρίντε, αυτό δεν είναι απόλυτα σωστό, αφού ένα μέρος των πληροφοριών αποθηκεύονται στον ίδιο τον χώρο. Επομένως, παρόλο που η «συμβατική» βαρύτητα μπορεί να κωδικοποιηθεί από τις πληροφορίες στη δισδιάστατη επιφάνεια, στις επιπλέον πληροφορίες που είναι ενσωματωμένες στον χώρο οφείλονται οι ανωμαλίες που αποδίδονται στη σκοτεινή ύλη.
Το κίνητρο για προσπάθειες όπως του Βελρίντε για αναθεώρηση της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας δεν είναι μόνο πως η περιγραφή του Αϊνστάιν για τη βαρύτητα δεν εξηγεί συμπαντικά φαινόμενα όπως η κίνηση των εξωτερικών περιοχών του σύμπαντος, αλλά και το γεγονός ότι έρχεται σε αντίθεση με την Κβαντική φυσική – τον δεύτερο βασικό «πυλώνα» της φυσικής.
Μάλιστα, οι δύο θεωρίες «συναντιούνται» στην περίπτωση των μαύρων τρυπών, καταλήγοντας σε αντικρουόμενα συμπεράσματα. «Πολλοί θεωρητικοί φυσικοί όπως εγώ αναπτύσσουν παραλλαγές της θεωρίας της βαρύτητας, έχοντας κάνει σημαντικά βήματα. Ίσως βρισκόμαστε στην αυγή μίας νέας επιστημονικής επανάστασης, η οποία θα αλλάξει δραστικά την εικόνα μας για τη φύση του χώρου, του χρόνου και της βαρυτικής δύναμης», καταλήγει ο επιστήμονας.
http://www.naftemporiki.gr/story/1168967/theoria-gia-ti-barutita-aposurei-ti-skoteini-uli-apo-to-sumpan

(3-12-2016)
Διαβάστε επίσης: Can dark energy and dark matter emerge together with gravity?
και
(6-6-2017)
Testing Emergent Gravity with Isolated Dwarf Galaxies

Ετικέτα: