Cuộc chiến vũ trụ: Đi sâu vào cuộc chiến giữa vật chất tối và lực hấp dẫn biến đổi – Thế Giới Vật Lý

Cuộc chiến vũ trụ: Đi sâu vào cuộc chiến giữa vật chất tối và lực hấp dẫn biến đổi – Thế Giới Vật Lý

Trong quá trình tìm kiếm một mô hình vũ trụ có thể giải thích một cách hoàn hảo về vũ trụ của chúng ta, hầu hết các nhà thiên văn học đều viện đến khái niệm vật chất tối. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu thay vào đó họ sửa đổi các định luật trọng lực lâu đời? Trong phần đầu tiên của loạt bài gồm ba phần, Keith Cooper khám phá những nỗ lực và thành công của lực hấp dẫn biến đổi trong việc giải thích các hiện tượng ở các quy mô thiên hà khác nhau, cũng như các quan sát phù hợp từ nền vi sóng vũ trụ

Hãy tưởng tượng nếu, chỉ trong một cú ngã, với một điều chỉnh nhỏ đối với định luật hấp dẫn, bạn có thể loại bỏ nhu cầu về tất cả vật chất tối trong vũ trụ. Bạn sẽ loại bỏ được một hạt khó chịu được cho là tồn tại và cho đến nay vẫn chưa được khám phá. Thay vào đó, bạn sẽ thay thế nó bằng một lý thuyết tao nhã sửa đổi công trình cơ bản của Isaac Newton và Albert Einstein.

Ít nhất đó là giấc mơ của động lực học Newton cải tiến, hay MOND. Được phát triển bởi nhà vật lý người Israel Mordehai Milgrom và nhà lý thuyết người Mỹ gốc Israel gốc Mexico Jacob Bekenstein vào đầu những năm 1980, nó là liều thuốc giải độc của họ cho mô hình “vật chất tối” phổ biến. Đối với họ, vật chất tối là một yếu tố không cần thiết và vụng về đối với vũ trụ học, nếu có thật thì có nghĩa là 80% vật chất trong vũ trụ là vô hình.

Trong 40 năm kể từ khi nó được phát minh, những thành tựu của MOND tiếp tục bị lu mờ bởi mối tình của vũ trụ học với vật chất tối. MOND cũng gặp khó khăn trong việc giải thích các hiện tượng ở quy mô lớn hơn và nhỏ hơn so với từng thiên hà. Vậy rốt cuộc MOND có phải là thứ chúng ta nên xem xét nghiêm túc không?

Những đường cong tò mò

Câu chuyện của chúng ta bắt đầu vào cuối những năm 1960, và đến những năm 1970, các nhà thiên văn học người Mỹ Vera Rubin và Kent Ford nhận ra rằng các ngôi sao ở vùng ngoại ô của các thiên hà quay quanh nhanh như những ngôi sao ở gần trung tâm, rõ ràng là thách thức các định luật về chuyển động quỹ đạo của Johannes Kepler. . Họ đã minh họa điều này bằng các đường cong quay của các thiên hà, về cơ bản chỉ là một biểu đồ vận tốc quỹ đạo theo bán kính tính từ tâm. Thay vì hiển thị độ dốc âm, đồ thị là một đường thẳng. Ở đâu đó, có một lực hấp dẫn nào đó kéo những ngôi sao bên ngoài quay xung quanh.

Vật chất tối – một dạng vật chất vô hình dồi dào đến mức nó sẽ là lực hấp dẫn thống trị trong vũ trụ – là giải pháp phổ biến. Ngày nay, khái niệm vật chất tối gắn chặt với mô hình vũ trụ học tiêu chuẩn của chúng ta và vốn có trong sự hiểu biết của chúng ta về cách cấu trúc trong vũ trụ hình thành.

1 đĩa chứng minh

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/cosmic-combat-delving-into-the-battle-between-dark-matter-and-modified-gravity-physics-world.jpg" data-caption="a Được phép: ESO/J Emerson/VISTA/Cambridge Đơn vị khảo sát thiên văn” title=”Nhấp để mở hình ảnh trong cửa sổ bật lên” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/cosmic-combat-delving -vào-cuộc-chiến-giữa-vật chất tối-và-biến đổi-trọng lực-vật lý-world.jpg”>Thiên hà điêu khắc
<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/cosmic-combat-delving-into-the-battle-between-dark-matter-and-modified-gravity-physics-world-1.jpg" data-caption="b In lại với sự cho phép của McGaugh et al. 2016 Vật lý. Mục sư Lett. 117 201101. © 2016″ title=”Nhấp để mở hình ảnh trong cửa sổ bật lên” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/cosmic-combat-delving-into-the-battle-between- vật chất tối và biến đổi-trọng lực-vật lý-thế giới-1.jpg”>Biểu đồ hiển thị dữ liệu xoay thiên hà

(a) NGC 253 là một thiên hà xoắn ốc hoặc đĩa sáng cách Trái đất khoảng 13 triệu năm ánh sáng ở chòm sao Nhà điêu khắc phía nam. (b) Stacy McGaugh từ Đại học Case Western Reserve ở Mỹ và các đồng nghiệp đã đưa ra một định luật phổ quát chi phối sự quay của các đĩa thiên hà. Định luật chỉ ra rằng chuyển động quay của những thiên hà như vậy được xác định bởi vật chất nhìn thấy được mà nó chứa, ngay cả khi thiên hà đó chủ yếu được cấu tạo từ vật chất tối.

Bức tranh mà vật chất tối hình thành rất gọn gàng, nhưng không đủ gọn gàng đối với một cộng đồng nhỏ gồm các nhà vật lý và nhà thiên văn học, những người đã xa lánh vũ trụ học vật chất tối và thay vào đó áp dụng MOND. Trên thực tế, họ có rất nhiều bằng chứng cho trường hợp của mình. Năm 2016 Stacy McGaugh của Đại học Case Western Reserve đã đo đường cong quay của 153 thiên hà (Vật lý. Mục sư Lett. 117 201101) và phát hiện ra, với độ chính xác chưa từng thấy, rằng các đường cong quay của chúng được giải thích bằng MOND mà không cần phải dùng đến quầng vật chất tối xung quanh mỗi thiên hà. Khi làm như vậy, ông đã biện minh cho dự đoán của Milgrom.

“Tôi khẳng định rằng MOND giải thích những điều này tốt hơn vật chất tối, và lý do cho điều đó là khả năng dự đoán của nó,” McGaugh – một cựu nhà nghiên cứu vật chất tối, hiện là người ủng hộ MOND, nói sau một sự hiển linh khiến ông đổi phe. Anh ấy đang đề cập đến thực tế là nếu bạn biết khối lượng nhìn thấy được (tất cả các ngôi sao và chất khí của nó) của một thiên hà, thì bằng cách áp dụng MOND, bạn có thể tính được vận tốc quay sẽ là bao nhiêu. Trong mô hình vật chất tối, bạn không thể dự đoán vận tốc dựa trên sự hiện diện của vật chất tối. Thay vào đó, bạn phải đo đường cong quay của thiên hà để suy ra lượng vật chất tối hiện diện. McGaugh cho rằng đó là lý luận tuần hoàn chứ không phải bằng chứng về vật chất tối.

Cách sửa đổi trọng lực

Việc sửa đổi các định luật về trọng lực có thể là điều đáng ghét đối với nhiều nhà vật lý – đó là sức mạnh của Newton và Einstein – nhưng đó không phải là một điều kỳ quặc đến thế. Rốt cuộc, chúng ta đang sống trong một vũ trụ bí ẩn, chứa đầy những câu hỏi hóc búa về mặt khoa học. Năng lượng tối chịu trách nhiệm cho sự tăng tốc giãn nở của vũ trụ là gì? Tại sao lại có sự căng thẳng trong các phép đo khác nhau về tốc độ giãn nở của vũ trụ? Làm thế nào mà các thiên hà lại hình thành nhanh đến vậy trong vũ trụ sơ khai, như được chứng kiến ​​bởi HubbleKính viễn vọng không gian James Webb? Các nhà nghiên cứu đang ngày càng xem xét các lý thuyết hấp dẫn đã được sửa đổi để đưa ra câu trả lời, nhưng không phải tất cả các mô hình trọng lực đã được sửa đổi đều như nhau.

Điều mà mọi lý thuyết về lực hấp dẫn biến đổi, bao gồm cả MOND, phải làm là giải thích tại sao nó vẫn bị ẩn giấu khỏi chúng ta trên quy mô hàng ngày, chỉ bắt đầu hoạt động trong những điều kiện nhất định.

Tessa Baker, một nhà vũ trụ học và chuyên gia về lực hấp dẫn đã được sửa đổi tại Đại học Portsmouth ở Anh, đã xây dựng sự nghiệp của mình bằng cách kiểm tra các định luật hấp dẫn và tìm kiếm các sửa đổi, trong trường hợp của cô là cố gắng giải thích năng lượng tối. “MOND, một ví dụ của lý thuyết hấp dẫn biến đổi, khác thường ở chỗ nó là một lý thuyết cố gắng thay thế vật chất tối,” Baker giải thích. “Phần lớn các lý thuyết về lực hấp dẫn biến đổi không làm được điều đó.”

Điều mà mọi lý thuyết về lực hấp dẫn biến đổi, bao gồm cả MOND, phải làm là giải thích tại sao nó vẫn bị ẩn giấu khỏi chúng ta trên quy mô hàng ngày, chỉ bắt đầu hoạt động trong những điều kiện nhất định. Các nhà vật lý gọi thời điểm mà quá trình chuyển đổi này xảy ra là “sàng lọc” và tất cả đều là vấn đề về quy mô.

“Phần khó khăn là làm cách nào để che giấu sự biến đổi trên thang đo mà chúng ta biết rằng thuyết tương đối rộng hoạt động rất tốt?” Baker hỏi. Nơi rõ ràng để bắt đầu có thể là xem xét liệu lực hấp dẫn có thay đổi theo thang khoảng cách hay không, do đó, trong hệ mặt trời của chúng ta, lực hấp dẫn giảm dần theo quy luật nghịch đảo bình phương, nhưng trên thang đo của các cụm thiên hà, nó giảm ở một tốc độ khác. McGaugh nói: “Điều này rõ ràng là không hiệu quả, đồng thời nói thêm rằng có những thang đo khác hoạt động được.

Ví dụ, một lý thuyết về lực hấp dẫn biến đổi mà Baker nghiên cứu – được gọi là f(R) Trọng lực – khái quát hóa thuyết tương đối tổng quát của Einstein. Dưới f(R), lực hấp dẫn kích hoạt hiệu ứng năng lượng tối trong các vùng không gian nơi mật độ vật chất trở nên đủ thấp, chẳng hạn như trong các khoảng trống vũ trụ. Đối với MOND, quy mô của cơ chế sàng lọc là khả năng tăng tốc. Dưới một gia tốc trọng trường đặc trưng được gọi là a0 – tức là bình phương khoảng 0.1 nanomet trên giây – trọng lực hoạt động khác nhau.

Thay vì tuân theo quy tắc nghịch đảo bình phương, với gia tốc dưới a0 trọng lực giảm chậm hơn, nghịch đảo với khoảng cách. Vì vậy, một vật gì đó quay quanh với khoảng cách gấp bốn lần sẽ có trọng lực bằng một phần tư chứ không phải bằng 16. Gia tốc trọng trường thấp cần thiết cho việc này chính xác là những gia tốc mà các ngôi sao ở vùng ngoại vi của các thiên hà trải qua. “Vì vậy, MOND thực hiện những sửa đổi đó ở tốc độ thấp giống như cách mà f(R) lực hấp dẫn bật lên những biến đổi của nó ở mật độ thấp,” Baker giải thích.

Xung đột và tranh cãi

MOND hoạt động tốt đối với từng thiên hà, nhưng tùy thuộc vào người bạn nói chuyện, nó có thể hoạt động không tốt trong các môi trường khác. Và một thất bại đặc biệt đã khiến một trong những người ủng hộ trung thành nhất của MOND chống lại lý thuyết này.

Một phòng thí nghiệm lý tưởng để kiểm tra MOND là phòng thí nghiệm trong đó vật chất tối sẽ không xuất hiện với số lượng lớn, nghĩa là bất kỳ dị thường hấp dẫn nào cũng chỉ xuất phát từ chính định luật hấp dẫn. Hệ sao đôi rộng là một trong những môi trường như vậy bao gồm các cặp sao có kích thước từ 500 AU trở lên cách nhau (trong đó một đơn vị thiên văn hoặc AU là khoảng cách trung bình giữa Trái Đất và Mặt Trời). Ở những khoảng cách lớn như vậy, trường hấp dẫn mà mỗi ngôi sao cảm nhận được rất yếu.

Nhờ có sự Sứ mệnh đo thiên văn Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, các nhóm nghiên cứu của MOND hiện đã có thể đo chuyển động của các hệ nhị phân rộng để tìm kiếm bằng chứng về MOND. Các kết quả đã gây tranh cãi và mâu thuẫn về sự tồn tại của MOND như một lý thuyết hợp lệ.

Một đội, dẫn đầu bởi Kyu-Hyun Chae của Đại học Sejong ở Seoul, đã tiến hành phân tích toàn diện 26,500 hệ nhị phân rộng và tìm thấy các chuyển động quỹ đạo phù hợp với dự đoán của MOND (ApJ 952 128). Điều này được hỗ trợ bởi nghiên cứu trước đó của Xavier Hernandez thuộc Đại học Nacional Autónoma de México, người đã ca ngợi kết quả của Chae “thú vị” như thế nào. Nhưng không phải ai cũng bị thuyết phục.

2 Bãi thử nghiệm

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/cosmic-combat-delving-into-the-battle-between-dark-matter-and-modified-gravity-physics-world-2.jpg" data-caption="Courtesy: a NASA/JPL-Caltech; b CC BY 4.0 Kyu-Hyun Chae/Ap J. 952 128” title=”Nhấp để mở hình ảnh trong cửa sổ bật lên” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/cosmic-combat-delving-into-the-battle-between-dark-matter -and-modified-trọng lực-vật lý-world-2.jpg”>Hình ảnh thiên văn của một hệ nhị phân với quỹ đạo được vẽ trên đó. Và hai biểu đồ hiển thị dữ liệu hấp dẫn tổng hợp cho 20,000 hệ nhị phân

(trái) Các hệ sao đôi rộng như hệ sao này sẽ là một thử nghiệm lý tưởng cho MOND vì tác động của vật chất tối là tối thiểu, do đó hiệu ứng hấp dẫn chỉ đến từ định luật hấp dẫn. (phải) Kyu-Hyun Chae của Đại học Sejong ở Seoul đã thử nghiệm điều này bằng cách phân tích các quan sát của hơn 20,000 hệ nhị phân rộng. Ông đã tìm thấy một dị thường hấp dẫn nhất quán (hệ số tăng cường là 1.4) ở những gia tốc thấp hơn 0.1 nm/s2. Điều này phù hợp với lý thuyết MOND ban đầu.

Tại Đại học St Andrews ở Anh, Indranil Banik đang thực hiện dự án kéo dài sáu năm của riêng mình để đo MOND ở dạng nhị phân rộng. Anh ấy đã công bố kế hoạch của mình trước khi thực hiện các phép đo, đảm bảo dành thời gian nói chuyện với các chuyên gia khác và nhận phản hồi, điều chỉnh phương pháp của mình để mọi người có thể nhất trí. Banik hoàn toàn mong đợi kết quả của mình cho thấy MOND là có thật. “Rõ ràng là tôi đã mong đợi kịch bản MOND sẽ thành công,” anh nói. “Vì vậy, đó thực sự là một bất ngờ lớn khi nó không xảy ra.”

Trong một bài báo xuất bản vào cuối năm 2023, Banik không tìm thấy sự sai lệch nào so với lực hấp dẫn tiêu chuẩn của Newton (Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia 10.1093/mnras/stad3393). Kết quả là một đòn giáng mạnh vào anh ta đến nỗi nó làm rung chuyển thế giới của Banik, và anh ta đã công khai tuyên bố rằng MOND đã sai - điều này khiến anh ta hơi thất vọng. Tuy nhiên, tại sao kết quả của anh ấy lại khác với Chae và Hernandez đến vậy? Banik nói: “Chắc chắn là họ vẫn tranh luận rằng có điều gì đó ở đó. Tuy nhiên, ông hoài nghi về kết quả của họ, nêu ra những khác biệt trong cách họ xử lý độ không đảm bảo trong các phép đo của mình.

Những điểm tranh chấp này mang tính kỹ thuật cao nên có lẽ không có gì đáng ngạc nhiên khi có nhiều cách giải thích khác nhau. Quả thực, người ngoài khó có thể biết ai đúng, ai sai. McGaugh thừa nhận: “Rất khó để biết cách đánh giá điều này. “Tôi thậm chí còn cảm thấy không đủ tư cách để đánh giá trên thang đo đó, và tôi có đủ tư cách hơn hầu hết mọi người!”

Đó không chỉ là những chương trình nhị phân rộng mà Banik thấy MOND thất bại. Ông cũng trích dẫn trường hợp của hệ mặt trời của chúng ta. Một trong những nguyên lý trung tâm của MOND là hiện tượng “hiệu ứng trường ngoài”, nhờ đó trường hấp dẫn tổng thể của thiên hà Milky Way có thể tự in dấu lên các hệ thống nhỏ hơn, chẳng hạn như hệ mặt trời của chúng ta. Chúng ta sẽ thấy dấu vết này, đặc biệt là trên quỹ đạo của các hành tinh bên ngoài. Tìm kiếm hiệu ứng này thông qua dữ liệu theo dõi sóng vô tuyến từ Tàu vũ trụ Cassini của NASA, quay quanh Sao Thổ từ năm 2004 đến năm 2017, không tìm thấy bằng chứng nào về hiệu ứng trường bên ngoài lên quỹ đạo Sao Thổ.

Banik nói: “Mọi người bắt đầu nhận ra rằng không có cách nào dung hòa MOND với việc không phát hiện được các hiệu ứng trong dữ liệu Cassini và rằng MOND sẽ không hoạt động ở quy mô dưới một năm ánh sáng”. Nếu Banik đúng thì nó sẽ đẩy MOND vào tình thế rất tồi tệ – nhưng đây không phải là chiến trường duy nhất diễn ra cuộc chiến chống lại vật chất tối của MOND.

Câu hỏi hóc búa về cụm

Năm 2006 NASA đã phát hành một hình ảnh ngoạn mục về hai cụm thiên hà va chạm nhau, được gọi dưới dạng kết hợp của chúng là Cụm Viên Đạn. Kính viễn vọng Không gian Hubble cung cấp các góc nhìn có độ phân giải cao về vị trí của các thiên hà, trong khi các quan sát bằng tia X về khí nóng giữa các thiên hà đó đến từ Đài quan sát tia X Chandra. Dựa trên vị trí của các thiên hà và khí, cũng như mức độ thấu kính hấp dẫn của vật chất trong không gian uốn cong của cụm, các nhà khoa học có thể tính toán vị trí của vật chất tối trong cụm.

“Người ta tuyên bố rằng Cụm Bullet đã xác nhận sự tồn tại của vật chất tối, thứ được sử dụng để phản đối mạnh mẽ MOND,” nói Pavel Kroupa, một nhà vật lý thiên văn tại Đại học Bonn. “Chà, hóa ra tình hình lại hoàn toàn ngược lại.”

Kroupa rất nhiệt tình với MOND và đã đặt mục tiêu khám phá nó trên quy mô cấu trúc lớn nhất có thể – các cụm thiên hà quy mô lớn. Trong mục tiêu của ông không gì khác hơn là mô hình tiêu chuẩn của vũ trụ học, được gọi thông tục là “lambda-CDM” hoặc ΛCDM (Λ đề cập đến hằng số vũ trụ hoặc thành phần năng lượng tối của vũ trụ và CDM là vật chất tối lạnh).

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/cosmic-combat-delving-into-the-battle-between-dark-matter-and-modified-gravity-physics-world-3.jpg" data-caption="Nguyên thủy Ấn tượng của một nghệ sĩ ESA về vũ trụ sơ khai (chưa đầy 1 nghìn triệu năm tuổi) có thể trông như thế nào khi nó trải qua một vụ phun trào đột ngột trong quá trình hình thành sao. (Được phép: A Schaller/STScI)” title=”Nhấp để mở hình ảnh trong cửa sổ bật lên” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/cosmic-combat-delving-into-the- trận chiến giữa vật chất tối và trọng lực biến đổi-vật lý-thế giới-3.jpg”>ấn tượng của nghệ sĩ về vũ trụ sơ khai (chưa đến 1 nghìn triệu năm tuổi) có thể trông như thế nào

Có một điều, Kroupa tin rằng những cụm thiên hà khổng lồ như vậy thậm chí không nên tồn tại, chứ đừng nói đến việc chúng có thời gian để va chạm nhau ở độ dịch chuyển đỏ cao. ΛCDM thừa nhận rằng các cấu trúc sẽ phát triển chậm, và Kroupa lập luận rằng nó sẽ quá chậm so với những gì kính viễn vọng đang cho chúng ta thấy: các thiên hà khổng lồ và các cụm khổng lồ trong vũ trụ sơ khai. Cụ thể hơn, chính động lực của các vụ va chạm giữa các cụm đã mang lại hy vọng cho Kroupa. Đặc biệt, ΛCDM dự đoán rằng vận tốc của các thiên hà rơi vào giếng hấp dẫn của cụm kết hợp sẽ thấp hơn rất nhiều so với những gì được quan sát.

Kroupa nói: “Các va chạm của cụm thiên hà hoàn toàn không đồng ý với ΛCDM trong khi lại có sự đồng ý khá tự nhiên với MOND”. Bất chấp sự nhiệt tình của Kroupa, McGaugh không chắc chắn lắm. Trên thực tế, ông cho rằng các cụm thiên hà là một vấn đề thực sự đối với cả ΛCDM và MOND.

“Đó là một mớ hỗn độn,” anh thừa nhận. “Đối với vật chất tối, vận tốc va chạm quá cao. Người vật chất tối đã qua lại, tranh luận rằng vận tốc có quá nhanh hay không? Đối với MOND, các cụm thiên hà thể hiện sự khác biệt về khối lượng ngay cả sau khi bạn áp dụng MOND. Các cụm làm tôi lo lắng vì tôi không thấy cách nào tốt để thoát khỏi điều đó.”

Một lý thuyết về mọi thứ?

Các cụm và nhị phân rộng có thể được tranh luận vô cùng tận cho đến khi bên này hay bên kia thừa nhận thất bại. Nhưng có lẽ lời chỉ trích nghiêm trọng nhất ở MOND là việc nó hoàn toàn thiếu một mô hình vũ trụ khả thi. Việc cố gắng thay thế vật chất tối bằng lực hấp dẫn đã biến đổi trong các thiên hà là điều tốt, nhưng để lý thuyết cuối cùng thành công, nó phải giải thích mọi thứ mà vật chất tối có thể và hơn thế nữa. Điều này có nghĩa là nó cần phải cạnh tranh với ΛCDM trong việc giải thích những gì chúng ta thấy trong nền vi sóng vũ trụ (CMB) – bức xạ vi sóng nguyên thủy tràn ngập vũ trụ.

CMB thường được coi là “quả cầu lửa của vụ nổ lớn”, nhưng nó còn hơn thế nữa. Dấu ấn trên nó dưới dạng những biến đổi nhiệt độ tinh tế chỉ từ 379,000 năm sau Vụ nổ lớn là cái mà chúng ta gọi là dị hướng, tương ứng với các vùng có mật độ cao hơn hoặc thấp hơn một chút được hình thành bởi sóng âm vang dội qua plasma nguyên thủy. Đây là những hạt giống của sự hình thành cấu trúc trong vũ trụ. Từ những hạt giống này đã hình thành nên “mạng lưới vũ trụ” – một mạng lưới các sợi vật chất dọc theo đó các thiên hà phát triển và nơi các sợi gặp nhau là các cụm thiên hà lớn.

MOND được nghĩ ra để giải thích các đường cong quay của thiên hà bằng cách mô tả Newton chứ không phải Einstein. Phải mất 20 năm nữa Bekenstein mới đưa ra được mô hình MOND tương đối tính có thể áp dụng cho vũ trụ học hiện đại. Được gọi là lực hấp dẫn Tensor-Vector-Scalar (TeVeS), nó tỏ ra không được ưa chuộng, gặp khó khăn trong việc giải thích kích thước của đỉnh âm thứ ba trong các dị hướng mà trong mô hình chuẩn là do vật chất tối, cũng như những hạn chế trong mô hình thấu kính hấp dẫn và sóng hấp dẫn .

Nhiều người cho rằng bài toán mô hình tương đối tính của MOND khó đến mức không thể thực hiện được. Sau đó, vào năm 2021 Constantinos SkordisTom Złośnik của Viện Hàn lâm Khoa học Séc đã chứng minh mọi người đều sai. Trong mô hình của họ, bộ đôi này đã giới thiệu vectơ biến đổi trọng lực và các trường vô hướng hoạt động trong vũ trụ sơ khai để tạo ra các hiệu ứng hấp dẫn bắt chước vật chất tối, trước khi phát triển theo thời gian để giống với lý thuyết MOND thông thường trong vũ trụ hiện đại (Vật lý. Mục sư Lett. 127 161302).

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/cosmic-combat-delving-into-the-battle-between-dark-matter-and-modified-gravity-physics-world-4.jpg" data-caption="Câu đố về bầu trời Sứ mệnh Planck đã lập bản đồ nền vi sóng vũ trụ. Cách giải thích dữ liệu được chấp nhận rộng rãi là vũ trụ có khoảng 4.9% vật chất thông thường, 26.8% vật chất tối và 68.3% năng lượng tối. Lý thuyết MOND ban đầu không thể giải thích được sự biến đổi nhiệt độ được tiết lộ bởi các sứ mệnh như Planck. Vào năm 2021, Constantinos Skordis và Tom Złośnik đã tạo ra một mô hình lấy cảm hứng từ MOND phù hợp với dữ liệu Planck cũng như các mô hình vật chất tối. (Được phép: ESA và Cộng tác Planck)” title=”Nhấp để mở hình ảnh trong cửa sổ bật lên” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/cosmic-combat-delving-into-the -trận chiến giữa vật chất tối và trọng lực biến đổi-vật lý-thế giới-4.jpg”>Bản đồ Planck của nền vi sóng vũ trụ

Với lịch sử đau khổ của việc cố gắng phát triển một mô hình tương đối tính của MOND, McGaugh tin rằng đó là một “thành tựu đáng chú ý” khi có thể viết ra một lý thuyết phù hợp với nền vi sóng như vậy. Mô hình Skordis và Złośnik không hoàn hảo. Giống như TeVeS, nó gặp khó khăn trong việc giải thích lượng thấu kính hấp dẫn mà chúng ta quan sát được trong vũ trụ. Banik cũng nhấn mạnh những khó khăn trong mô hình, nói rằng “nó gặp khó khăn ở chỗ nó không đưa ra lời giải thích thỏa đáng cho các cụm thiên hà”.

Baker lặp lại những lo ngại này. “Mặc dù việc MOND có thể làm được điều đó là một bước tiến tốt nhưng tôi không nghĩ chỉ cần đưa MOND trở lại xu hướng phổ biến là đủ. Lý do là [Skordis và Złośnik] đã thêm rất nhiều lĩnh vực bổ sung vào nó, rất nhiều chuông và còi, và nó thực sự mất đi sự sang trọng. Nó hoạt động với CMB, nhưng có vẻ rất không tự nhiên.”

Có lẽ chúng ta đang đặt gánh nặng quá mức lên vai người mẫu. Nó có thể được xem như chỉ là một sự khởi đầu, một bằng chứng về khái niệm. McGaugh nói: “Tôi không biết liệu đây có phải là lý thuyết cuối cùng hay thậm chí là con đường đúng đắn hay không. “Nhưng mọi người luôn nói rằng điều đó không thể thực hiện được, và những gì Skordis và Złośnik đã chứng minh là điều đó có thể thực hiện được và đó là một bước tiến quan trọng.”

MOND tiếp tục mê hoặc, làm nản lòng và nuôi dưỡng thái độ khinh thường của các môn đệ của vật chất tối. Vẫn còn một chặng đường dài để cộng đồng khoa học coi nó là đối thủ nặng ký của ΛCDM và nó chắc chắn bị cản trở do có tương đối ít người làm việc trên nó, nghĩa là tiến độ rất chậm.

Nhưng không nên bỏ qua những thành công mà lý thuyết mới nổi này đạt được, McGaugh nói. Nếu không có gì khác, nó sẽ khiến các nhà thiên văn học phải tiếp tục làm việc với mô hình vật chất tối chính thống.

  • Trong phần hai của loạt bài gồm ba phần của Keith Cooper, anh sẽ khám phá một số thành công gần đây của vật chất tối và những thách thức nghiêm trọng mà nó cũng đang phải đối mặt

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý