Erik Verlinde vysvětluje svůj nový pohled na gravitaci
Buďme upřímní. Temná hmota je bolest v zadku. Astronomové vynaložili velké úsilí, aby vysvětlili, proč musí existovat a existovat v obrovském množství, přesto zůstává skrytý. Neznámý. Nevyzařuje žádnou viditelnou energii, ale je zjevně dostatečně silná na to, aby zabránila galaxiím v kupách vypadnout jako divocí koně, a je všude v obrovském množství. Co je to za věci – axiony, WIMPS , gravitinos, Částice Kaluza Klein ?
Odhadované rozložení hmoty a energie ve vesmíru. Kredit: NASA
Odhaduje se, že 27 % veškeré hmoty ve vesmíru je neviditelných, zatímco vše od sendvičů PB&J po kvasary tvoří pouhých 4,9 %. Ale nová teorie gravitace navržená teoretickým fyzikem Erik Verlinde z Amsterdamské univerzity našel způsob, jak se zbavit otravných věcí.
Sněhové vločky jsou příkladem konceptu vynoření se svými složitými symetrickými a fraktálními vzory vytvořenými, když se spojí mnohem jednodušší kusy. Kredit: Bob King
Na rozdíl od tradičního pohledu na gravitaci jako základní přírodní sílu, Verlinde ji vidí jako annouzový majetekprostoru. Vznik je proces, kdy příroda staví něco velkého pomocí malých, jednoduchých kousků, takže konečný výtvor vykazuje vlastnosti, které menší kousky nemají. Vezměte sněhovou vločku. Složitá symetrie sněhové vločky začíná, když kapka vody zamrzne na drobné částice prachu. Jak rostoucí vločka padá, vodní pára mrzne na tento původní krystal a přirozeně se uspořádává do šestihranné (šestistranné) struktury velké krásy. Pocit teploty je dalším vznikajícím jevem, který vzniká z pohybu molekul a atomů.
Stejně tak gravitace, která se podle Verlindeho vynořuje z entropie. Všichni víme o entropii a špinavých ložnicích, ale je to o něco jemnější.Entropieje míra neuspořádanosti v systému nebo jinak řečeno, počet různých mikroskopických stavů, ve kterých se systém může nacházet. Jeden z nejúžasnějších popisů entropie, jaký jsem kdy slyšel, souvisí s teplem, které naše těla vyzařují. Jak se tato energie rozptyluje ve vzduchu, vytváří kolem nás neuspořádanější stav a zároveň snižuje naši vlastní osobní entropii, abychom zajistili naše přežití. Kdybychom se nezbavili tělesného tepla, nakonec bychom byli dezorganizovaní (přehřátí!) a zemřeli bychom.
Čím hmotnější je objekt, tím více deformuje časoprostor, zde znázorněný jako zelená síť. Země obíhá kolem Slunce tak, že se otáčí kolem poklesu vytvořeného hmotou Slunce v látce časoprostoru. Nespadá do Slunce, protože má také dopřednou hybnost. Kredit: LIGO/T. Pyle
Nouzové popř entropická gravitace , jak se nová teorie nazývá, předpovídá přesně stejnou odchylku v rychlosti rotace hvězd v galaxiích, která je v současnosti připisována temné hmotě. Gravitace se ve Verlindeově pohledu objevuje ze změn základních bitů informací uložených ve struktuře časoprostoru, onoho čtyřrozměrného kontinua odhaleného Einsteinovou obecnou teorií relativity. Stručně řečeno, gravitace je důsledkem entropie a nikoli základní silou.
Časoprostor, který se kromě času skládá ze tří známých dimenzí, je flexibilní. Hmota deformuje 4D tkaninu do kopců a údolí, které řídí pohyb menších objektů v okolí. Slunce na Zemi tolik „netahá“, jak předpokládal Isaac Newton, ale vytváří velké zvrásnění v časoprostoru, ve kterém se Země převaluje.
V článek z roku 2010 , Verlinde ukázal, jak se Newtonův gravitační zákon, který popisuje vše od toho, jak jablka padají ze stromů po malé galaxie obíhající kolem velkých galaxií, odvozuje od těchto základních mikroskopických stavebních bloků.
Jeho nejnovější článek s názvem Emergentní gravitace a temný vesmír , ponoří se do příspěvku temné energie ke směsi. Entropie spojená s temnou energií, dosud neznámá forma energie zodpovědná za zrychlující se rozpínání vesmíru, mění geometrii časoprostoru na elastické médium.
„Zjistili jsme, že elastická odezva tohoto média ‚temné energie‘ má podobu extra ‚temné‘ gravitační síly, která se zdá být způsobena ‚temnou hmotou‘,“ píše Verlinde. „Pozorované jevy temné hmoty jsou tedy pozůstatkem, paměťovým efektem, po vzniku časoprostoru spolu s běžnou hmotou v něm.“
Tento diagram ukazuje rotační křivky hvězd v M33, typické spirální galaxii. Vertikální měřítko je rychlost a horizontální je vzdálenost od jádra galaxie. Normálně očekáváme, že hvězdy zpomalí, čím dále jsou od galaktického středu (spodní křivka), ale ve skutečnosti se točí mnohem rychleji (horní křivka). Nesoulad mezi těmito dvěma křivkami je způsoben přidáním halo temné hmoty obklopující galaxii. Kredit: Public domain / Wikipedia
Budu první, kdo řekne, jak složitý je Verlindeův koncept, zabalený do tajemné entropie, tenzorových polí a holografického principu, ale základní myšlenka, že gravitace není základní silou, vytváří fascinující nový pohled na stará tvář.
Fyzici se po desetiletí pokoušeli sladit gravitaci s kvantovou fyzikou s malým úspěchem. A i když je třeba Verlindeovu teorii správně brát s rezervou, může nabídnout způsob, jak spojit tyto dvě disciplíny do jediného příběhu, který popisuje, jak je vše od padajících jablek po černé díry propojeno v jedné koherentní teorii.