28 januari 2021

Zonder donkere materie zou zwaartekracht aantrekkend én afstotend moeten zijn

De ruimtelijke verdeling van meer dan vier miljoen sterrenstelsels, zoals gemeten door de Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Credit: Sloan Digital Sky Survey Collaboration,

Wat nou als donkere materie helemaal niet bestaat? Wat nou als 85% van alle materie in het heelal niet bestaat uit donkere materie, maar alles bestaat uit gewone materie, materie van protonen, elektronen en neutronen, waar jij en ik en alle sterren uit zijn opgebouwd? Wat nou als die donkere materie toch niet bestaat, ondanks de vrachtlading aan indirecte bewijzen voor z’n bestaan, veelal observationele aanwijzingen, zoals de vlakke rotatiecurves van sterrenstelsel, de zwaartekrachtlenzen en de pieken in het powerspectrum van de kosmische microgolf-achtergrondstraling? Dán staat één ding als een paal boven water: dan kloppen de zwaartekrachtwetten van Newton en Einstein niet, die van Newton voor de situaties met zwakke zwaartekracht en die van Einstein voor situaties bij sterke zwaartekracht. Dan moet er een andere zwaartekrachtwet komen, die al die observationele aanwijzingen kan verklaren. En dan komen we meteen bij het recente werk van de twee kosmologen Kris Pardo (NASA’s Jet Propulsion Laboratory) en David Spergel (Princeton University), die hebben gekeken wat je voor theorie nodig hebt om een heelal zonder donkere materie te verklaren. Zij keken naar de de verdeling van materie in het heelal zoals die er 380.000 jaar na de oerknal uitzag, zoals te zien aan de straling van de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engels: CMB), zoals gemeten door de Europese Planck satelliet, en zoals die verdeling er nu uitziet, 13,8 miljard jaar later. Op basis van die verdeling vroeger en nu komen ze met een wiskundige functie hoe zwaartekracht zónder de aanwezigheid van donkere materie in z’n werk moet zijn gegaan om van de vroegere verdeling bij de huidige verdeling uit te komen.

Voorstelling van grootschalige baryonische accoustische oscillaties in het vroege heelal. De aangegeven lengte is 500 miljoen lichtjaar. Credit: LBNL

Wat blijkt: de functie slingert heen en weer tussen positieve en negatieve waarden, bij sommige lengteschalen werkt de zwaartekracht negatief en bij andere lengteschalen positief – men leze hier hun berekeningen. Dat zou dan verklaren waarom de grootschalige zogeheten baryonische accoustische oscillaties (BAO’s), die vooral bij schalen van pakweg 500 miljoen lichtjaar lengte actief zijn, langzaam webebben en de kleinere sterrenstelsels van pakweg een paar honderdduizend lichtjaar tevoorschijn komen. Maar ja, dat is toch tamelijk absurd, supervreemd zoals Pardo het noemt. Sterrenkundigen zijn echter wel gewend om supervreemde theorieën te bedenken en inderdaad heeft een ander tweetal kosmologen, Constantinos Skordis en Tom Zlosnik (Tsjechische Academie van Wetenschappen) de handschoen opgepakt en zijn zij gekomen met zo’n zwaartekracht – we hadden het er eerder ook al over. Om dat voor elkaar te krijgen voegen ze aan Einstein’s veldvergelijking van de zwaartekracht uit 1915 een extra term toe, een zogeheten scalar veld van energie.

Einstein’s veldvergelijking, basis van de Algemene Relativiteitstheorie uit 1915. De term Lambda (Λ) is de kosmologische term en die werd er door Einstein pas in 1917 aan toegevoegd.

Bij grote schaalgroottes zou dat scalarveld zich als materie gedragen en zou het alleen in interactie met zichzelf zijn, zodat het donkere materie ‘nadoet’. Pardo heeft in een reactie die theorie erg interessant genoemd, maar wijst er wel op dat Skordis en Zlosnik het ene mysterieuze ding, donkere materie, vervangen door een ander mysterieus ding, het scalar energieveld. En ja, donkere materie is wat dat betreft toch een stuk simpeler, aldus Pardo. Bron: Science.

Comments

  1. Persoonlijk vind ik een formule die de data correct beschrijft een stuk minder vreemd dan een DM-hypothese. Die laatste krijgt in formules de gedaante van een “open variabele”, d.w.z. invullen wat nodig is om het kloppend te krijgen..

    • Dat is natuurlijk ook wel logisch. Je gaat geen waarde gebruiken die observationeel niet klopt, dat geldt ook voor andere natuurkundige vergelijkingen. Van belang is het aantal onbekende variabelen, en het is in dit opzicht dat DM simpeler is.

      • Wybren de Jong zegt

        Ik vind het ook een groot probleem dat dit voorstel impliceert dat zwaartekracht op bepaalde afstanden afstotend werkt. Dat staat haaks op het begrip van zwaartekracht dat we nu kennen, waarbij het om kromming van de ruimte gaat. De algemene relativiteitstheorie blijkt ontzettend nauwkeurig te zijn, het wordt telkens weer bevestigd door steeds nauwkeurigere metingen. Ik begrijp niet hoe je dat kan verenigen met een hypothese die stelt dat de zwaartekracht afstotend werkt.

        • Wybren, twee twijfelende kanttekeningen:
          1 – Als de relativiteitstheorie alle data correct zou beschrijven, had je geen DM-hypothese nodig gehad.
          DM begon met de vaststelling (Rubin) dat de theorie de beweging van melkwegstelsels niet goed beschreef.
          2 – Het niet begrijpen hoe het werkt ( over afstoting) gaat m.i. ook op voor “gewone” zwaartekracht. Er is geen verklaring voor de manier waarop massa tijd/ruimte kan vervormen. Wel een beschrijving, geen verklaring.
          Dat er een afstotende kracht bestaat, lijkt waarschijnlijk. Dat die kracht groter wordt in een vacuum, dus zonder materie, zou juist kunnen zijn. Dan is de stap naar een enkele formule die de relatie tussen materie en een kracht beschrijft voor mij niet zo groot meer.

          • Wybren de Jong zegt

            ad1: hier word ik zo moe van!
            Keer op keer wordt in de reacties bij blogs hier de algemene relativiteitstheorie (ART) aangevallen.
            Dat slaat nergens op. Lees de vele blogs van Arie die over de ART gaan.
            Korte reactie:
            – de ART is niet afhankelijk van het begrip ‘donkere materie’
            – de ART is niet ontworpen om de beweging van sterrenstelsels zoals de Melkweg te verklaren
            – de ART is bevestigd zonder enige aannames over het bestaan van donkere materie
            – de ART is bevestigd door de afbuiging van licht rond de zon en rond andere sterren te meten.
            – de ART is ook bevestigd door metingen aan de baan van de planeet Mercurius
            – de ART is bevestigd op nog 7 andere manieren die niet afhankelijk zijn van DM.

          • Allemaal waar. Maar je kan niet ontkennen dat de data over bewegingen in melkwegstelsels NIET overeenkwamen met de ART. Het kunnen de waarnemingen zijn, het kan de ART zijn, maar er ligt wel een probleem. En DM blijft vrij hardnekkig steken in de status van een hypothese.

  2. Volgens mij is ART niet zozeer fout, maar mogelijk wel onvolledig (QM, zwarte gaten). Zoals Newtons zwaartekracht dat ook is. ART zelf is in elk geval geen stelling tegen de juistheid van Newton, meer een aanvulling.

    Uiteraard kun je DM niet anders zien dan als nog altijd hypothetisch. Maar dit is natuurlijk geen argument tegen (of voor) de juistheid ervan.

    Daarnaast, “vrij hardnekkig blijven steken” vind ik geen eerlijke kwalificatie. DM is een overkoepelende term voor verscheidene verklaringen die je niet allemaal met gemak kunt ontkrachten, maar ik heb al meerdere Astroblogs gelezen over afgevallen DM-kandidaten.

    • Ik probeer het eerlijker:
      “Bewijstechnisch” lijkt DM me een erg lastige zaak. Er zijn verschillende toetsbare verklaringen gegeven, maar tot op heden heeft toetsing niet echt overtuigend kunnen laten zien dat het bestaat, of waaruit het bestaat. Dat het lastig is, zit natuurlijk vooral in het feit dat het “dark” is. En: geen bewijs voor het bestaan van DM is natuurlijk ook geen bewijs voor het niet-bestaan. Maar ik wil toch pleiten voor een grote wetenschappelijke strengheid, het is geen sinecure om uitspreken te doen over een heel groot deel van het heelal zonder een solide basis. Daarom hecht ik aan “de DM-hypothese”.
      Zo beter ?

      • Ik wilde duidelijk maken dat DM niet ergens blijft steken, er is echt wel vooruitgang ook al weten we nog altijd niet waaruit het bestaat. Je pleidooi gaat echter ook op voor alle alternatieven.

        De wetenschappelijke strengheid is er natuurlijk al, en die is ook nodig. Maar een solide observationele basis voor DM is er ook, het een staat het ander dan ook niet in de weg.

  3. En zo kom ik weer op het idee van Alan Guth bij zijn onderzoek naar het monopoolprobleem (een magnetische monopool is een hypothetisch elementair deeltje dat één magnetische pool (een monopool) bevat), dat inhoudt dat er volgens de gangbare oerknaltheorieën veel te veel magnetische monopolen gevormd zouden moeten worden. Dit is de basis van zijn kosmische inflatie theorie. Zo kunnen monopolen elkaar zowel afstoten als aantrekken en wellicht gaat zoiets dan ook op voor gravitatie…. why nut ? bron: https://nl.wikipedia.org/wiki/Magnetische_monopool

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: