Mokslas Ir Gyvenimas 2006 m. Nr.5

  • View
    183

  • Download
    14

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Mokslas Ir Gyvenimas 2006 m. Nr.5

Transcript

2006

5Vilniaus universiteto botanikos sodas

Aplinkos bkl Btings naftos terminale Ar egzistuojaMokslas ir gyvenimas 2006 Nr. 5

1

I daugelio visatos paslapi bene labiausiai jaudinanti moni protus yra tamsiosios mediagos prigimtis. Manoma, kad apie 95 proc. visatos mediagos yra nematoma. Todl visata primena lli teatr, kuriame tikrieji aktoriai, tampantys lles, mums yra nematomi.Apie tamsij visatos mediag pradta kalbti seniai. Jau 1933 m. Fricas Zvickis (Fritz Zwicky) ikl hipotez, kad galaktikos ir j telkiniai sudaryti daugiausia i nematomos mediagos. Taiau tik prajusio amiaus 7-ame deimtmetyje suprasta, kad milinikos mass tamsioji mediaga galt paaikinti stebim dangaus kn judjim. 1 pav. pavaizduota grupje galaktik raudona spalva irykintos suspaustos kartos dujos didesni gravitacijos jg nei tos, kurias sukuria matoma galaktik mas.

Ar egzistuoja

Tamsioji mediaga yra vienintelis stebim galaktik masi skirtumo paaikinimas fizikos dsniais. O jeigu visatoje fizikos dsniai truput skiriasi nuo t, kurie galioja emje? Gal prieastis yra ne tamsioji mediaga, o visat perkelti emikieji fizikos dsniai?

tamsiojimediaga?Prof. Jonas GRIGASTamsioji mediaga, kaip galaktik judjimui paaikinti reikalingos ir stebimos mediagos masi skirtumas, kyla i Niutono dsni vienintels formuls. i formul sieja du fundamentalius dsnius: 1) Niutono gravitacijos (visuotins traukos), kuris sieja gravitacin jg su kn mase ir atstumu tarp j, bei 2) antrj Niutono dsn, kuris sieja veikiani tarp kn jg su j mase ir pagreiiu. Kn pagreitis orbitoje priklauso nuo greiio ir orbitos radiuso. I i dsni gaunama formul, siejanti kn mas, greit ir orbitos radius arba atstum iki masi centro. ie dsniai puikiai paaikina planet ir balistini raket judjim. Taiau ar galima juos taikyti galaktik judjimui? Niekas to nerod. Jeigu tie dsniai galaktik judjimui netikt, tada nereikt ir tamsiosios mediagos. Ar turime pagrindo abejoti Niutono dsni tinkamumu begalinje galaktik ir j telkini (5 pav.) visatoje. Galbt. Juk Niutono dsniai jau buvo modifikuoti labai greitai judantiems knams ir sukurta reliatyvumo teorija specialioji, kuri pakeit antrj Niutono dsn, ir bendroji, kuri pakeit gravitacijos dsn. Niutono dsniai netinka ir labai maiems mikroskopiniams knams. Jiems buvo sukurta kvantin fizika. Taigi Niutono dsniai netinka ekstremaliais dideli greii, stiprios gravitacijos ir ma kn matmen atvejais. Kas yra ekstremalaus galaktik ir kit visatos struktr judjime, kad negaliot Niutono dsniai? Gal dideli visatos matmenys? Gal labai dideliame atstume gravitacija nukrypsta nuo Niutono dsnio? Jau 1923 m. angl astronomas Deimsas Dyns (James Jeans) sil pakeisti galaktikoms gravitacins jgos priklausomyb nuo atstumo, t.y. Niutono dsn. Taiau tada tamsioji mediaga dar buvo neinoma ir nebuvo reikalo keisti Niutono dsn. 1963 m. Romos

1 pav.

Matuodami dangaus kn judjimo greit ir taikydami fizikos dsnius astronomai pasveria tuos knus. Imatav ems judjimo apie saul greit (30 km/s) apskaiiavo sauls mas. Imatav sauls sistemos judjimo greit apie Pauki Tako galaktikos centr (225 km/s) apskaiiavo ios galaktikos mas. Panaiai optiniais ir radioteleskopais imatav kit galaktik ir dangaus kn judjimo greiius rado j mas. Taiau j mas pasirod daug maesn u t, kuri gali sukurti pakankam gravitacin trauk, laikani dangaus knus pusiausvyroje, kad jie, juddami miliniku greiiu, neisilakstyt. T skirtum tarp visatos gravitacinei traukai sukurti reikalingos ir matomosios mediagos pavadino egzotine tamsija mediaga (MG, Nr. 9, 2005).

2 pav.

Tamsioji Normalioji mediaga mediaga

Tamsioji mediaga (2 pav.) nespinduliuoja nei viesos, nei kitoki elektromagnetini bang, todl jos negalima regist-

ruoti jokiais emikaisiais prietaisais. Visatos tamsioji mediaga yra tarsi nematomoji viesa. Motina gamta j paslp nuo ms. Bet ir emje nuo ms aki didioji dalis mus supanio pasaulio taipogi yra paslpta, nes matome tik labai siaur elektromagnetinio spektro dal. Jei matytume infraraudonj spinduliuot mog ir kitus daiktus matytume kiaurai, jei matytume ultravioletin spinduliuot pasaulis taip pat atrodyt visai kitoks. Kad intriga bt dar didesn, stebimai visatos greitjaniai pltrai reikaling energij astronomai pavadino tamsija energija. Taiau visatos greitjanios pltros tamsioji mediaga nepaaikina (Scientific American, 2001 sausis). Astronomai mano, kad apie 4 proc. visatos mass yra normalioji mediaga (vad. barionin), sudaryta i proton, neutron ir elektron, i kurios sudarytos matomos galaktikos, vaigds, planetos ir mons (3 pav.). Apie 23 proc. yra kakokios neinomos ries tamsioji mediaga ir apie 73 proc. yra tamsioji energija, kurios negalima laikyti dalelmis, o prigimtis yra dar paslaptingesn. Kas paslaptinga ir nesuprantama tas baugina. Apie tamsij mediag ir energij pasaulio mokslinje ir populiariojoje spaudoje raoma daug. Taiau tik labai neseniai Kembrido (D. Britanija) Astronomijos instituto mokslininkai, ilje esaniu Labai dideliu teleskopu stebdami 12 ma galaktik, esani netoli msiks Pauki Tako galaktikos, judjim, vertino tamsiosios mediagos daleli judjimo greit (9 km/s) ir temperatr (10 tkst. laipsni). ios paslaptingosios dalels gana kartos ir greitos, galbt jos gyvena alia ms ir mus veikia, o mes j nematome. Beje, pasirod, kad Andromeda nra didiausia ms kaimynin galaktika (4 pav.), kaip buvo manyta iki iol.

2

Mokslas ir gyvenimas 2006 Nr. 5

universiteto profesorius Arrigo Finzi vl sil pakeisti gravitacins jgos priklausomyb nuo atstumo ir taip ivengti visatos tamsiosios mediagos. Taiau 1980 m. Mordehai Milgrom (Scientific American, 2002 rugpjtis) parod, kad toks Niutono dsnio pakeitimas prietaraut stebjim duomenims. Taiau Niutono dinamikoje yra kitas dydis kn pagreitis, kuris galaktikose yra daug maesnis nei emje judani kn. Sauls sistemos pagreitis ms galaktikos centr yra tik apie 1 angstrem per sekund kvadrate arba 10-10 m/s2, t.y. imtamilijardin dalis erdvlaivio pagreiio ems centr (apie 10 m/s2). Kai kn pagreitis yra toks maas, M. Milgrom 1983 m. pasil pakeisti antrj Niutono dsn, siejant jg su pagreiiu. i idja pavadinta MOND (Modifikuotoji Niutono Dinamika). Riba tarp3 pav. Visatos sandara

Niutono dinamika. Todl nereikt ir tamsiosios mediagos. Galima manyti, kad tolstant nuo galaktik centro gravitacijos sukeltas pagreitis maja ir tampa maesnis u a0. Kur tai atsitiks, priklausys nuo galaktik mass. Vidutins mass galaktikoms pagreitis tampa maesnis nei a0 u keleto deimi tkstani viesmei nuo centro. Galaktik telkiniams tas atstumas yra keletas milijon viesmei nuo centro. Ten antrasis Niutono dsnis nustot galioti. Ar MOND teorija teisinga? Kai kuriuos visatos reikinius ji paaikina, kai kuri ne. Deja, laboratorijose jos patikrinti nemanoma. emje ir sauls sistemoje daugyb faktori maskuoja MOND efektus. Apie saul besisukani planet pagreitis yra didesnis u a0. MOND teorija yra fenomenologin, Sunkieji elementai 0,03% Neutrinai 0,3%

4 pav.

vaigds 0,5% Laisvasis vandenilis ir helis 4% Tamsioji mediaga apie 25% Tamsioji energija apie 70% Niutono dsnio galiojimo ir negaliojimo yra labai maa. Juk pagreitis 10-10 m/s2 yra toks maas, kad knui pagreitinti i ramybs bsenos iki viesos greiio reikt viso visatos amiaus. MOND pateikia nauj gamtos konstant pagreit a0. Kai kn pagreitis yra didesnis u a0, galioja antrasis Niutono dsnis, kur jga yra proporcinga pagreiiui. Kai pagreitis yra maesnis u a0, Niutono dsnis pakinta jga yra proporcinga pagreiio kvadratui. Tuo atveju jga, reikalinga suteikti knui tam tikr pagreit, yra maesn, nei reikalauja emikasis Niutono dsnis. Todl stebimam galaktik pagreiiui reikt maesns gravitacins jgos, o kartu ir maesns mass nei reikalauja emikoji nepagrsta fundamentiniais dsniais. Ji yra ribota, nes jos negalima taikyti visiems reikiniams. Bet reliatyvumo ir kvantins teorijos taipogi negalima taikyti visiems reikiniams. MOND nra suderinta su reliatyvumo teorija. Gal tai nemanoma, gal tai tik laiko klausimas. Bet kvantins fizikos teoretikai iki iol nesuderino su reliatyvumo teorija. Kosmologas Anthony Aquirre i Prinstono Paangij tyrim instituto mano, kad MOND duoda spding skaii teising galaktik dinamikos numatym, kuri daugelis buvo patvirtinti. Vis dlto dauguma astronom iri atsargiai MOND, kuri tam tikromis slygomis pakeiia Niutono dinamik ir istumia Einteino bendrj reliatyvumo

teorij. Kol nebus sukurta fundamentali MOND teorija, fenomenologin MOND teorija fizik daugumos neukariaus. Kol kas ji yra tik prielaida, kad emikoji fizika nra tobula visatai. Ar galima emikuosius fizikos dsnius taikyti visatai? Ar skruzdlyno gyventoj ir moni pasaulis vienodas? Juk mes net neinome, ar visata yra begalin, ar turi ribas. Pagal bendrj reliatyvumo teorij erdv yra dinamika, ji gali lankstytis viena 5 pav. ar kita kryptimi priklausomai nuo mass ir energijos pasiskirstymo. O neinodami tiksliai mass, neinome ir visatos formos. vertinus visatos mediagos ir energijos tank ieina, kad visatos forma gali bti euklidin (tarsi ploktuma), sferin arba hiperbolin (balno formos). Pagal bendrj reliatyvumo teorij mediaga lemia, kaip isikreips erdv ir laikas, o erdv ir laikas parodo, kaip mediagai judti. Stebjimai rodo, kad visata pleiasi greitjaniai. Visata, sudaryta tik i normaliosios mediagos, negalt plstis greitjaniai, nes gravitacijos jgos yra traukos jgos. O greitjani visatos pltr lemia stma. Pltr gali slygoti tik egzotin energijos forma, upildanti erdv. Einteino lygtyse yra keista vakuumo energija kaip kosmologin konstanta. Matyt, i vakuumo energija ir sukuria stmos jgas, kurios pleia visat didjaniu greiiu. Vakuumo energija gali sukurti traukos arba stmos jgas priklausomai nuo fizikos dsni, kurie dar nesuprasti. MOND teorija pltojama. Ji yra tamsiosios mediagos idjos alternatyva. Laikas parodys, kuri i j teisinga. Turime bti atviri vairioms idjoms. Jei visatoje vyrauja tamsioji mediaga, tai reikt, kad mes esame sukurti netgi ne i tos paios mediagos, kaip didioji visatos dalis. Esame tik maas priedas, nereik