Trebamo razmotriti alternative tamnoj tvari koje bolje objašnjavaju kozmološka opažanja

Mijenjaju li se konstante prirode tijekom vremena?

---

Jesu li konstante prirode—brojevi koji određuju kako se stvari ponašaju, poput brzine svjetlosti—podložni promjenama dok se svemir širi? Gubi li svjetlost energiju putujući kroz goleme kozmičke udaljenosti? Vjerovalo se da tamna tvar i tamna energija objašnjavaju ove kozmološke pojave, no, kao što je objasnio Rajendra Gupta, izvanredni profesor fizike na Sveučilištu u Ottawi (L’Université d’Ottawa/University of Ottawa) nedavna istraživanja sugeriraju da se naš svemir širi bez prisustva tamne tvari ili tamne energije.

Uklanjanje tamne tvari i tamne energije rješava problem “nemogućih ranih galaksija“, koji nastaje pri pokušaju objašnjenja galaksija koje ne odgovaraju očekivanjima u pogledu veličine i starosti. Pronalaženje alternative tamnoj tvari i energiji koja je u skladu s postojećim kozmološkim opažanjima, uključujući distribuciju galaksija, moguće je.

Tamna tvar

Tamna tvar je hipotetički oblik materije koji ne stupa u interakciju s običnom materijom osim putem gravitacije. Predložena je kao teoretsko objašnjenje astrofizičkih i kozmoloških opažanja. Obična materija može prolaziti kroz tamnu tvar bez ikakvog otpora i obrnuto. U svemiru gravitacijska sila određuje brzinu kojom objekt kruži. Veća brzina od očekivane od okolnih objekata u orbiti pripisuje se postojanju i gravitacijskoj sili tamne tvari.

Gravitacijska sila tamne tvari također može savijati zrake svjetlosti, uzrokujući gravitacijska leća, slično kao kod obične materije. To omogućava mjerenje tamne tvari u objektima koji uzrokuju savijanje, poput galaksija i skupova galaksija. Najčvršći dokazi za postojanje tamne tvari dolaze iz malih varijacija opaženih u kozmičkoj mikrovalnoj pozadini (ostatak zračenja iz velikog praska), izmjerenih s velikom preciznošću.

Još jedan argument za postojanje tamne tvari je da se velike strukture svemira, poput galaksija, ne bi mogle formirati bez tamne tvari unutar ograničene starosti svemira.

Alternativne teorije

Ali, kako objašnjava Gupta, postoje alternative tamnoj tvari koje objašnjavaju mnoga astrofizička opažanja. Najstarija i najpopularnija teorija je modificirana Newtonova dinamika (MoND), koja sugerira da je Newtonov inverzni kvadrat zakona gravitacijske privlačnosti pojednostavljena verzija potpunih sila koje postaju primjetljive tek na vrlo velikim udaljenostima kada Newtonova sila postane zanemariva.

Druga alternativa je verzija MoND-a koja uključuje Einsteinove relativističke učinke i objašnjava opažanja gdje je MoND ograničen, poput kozmičke mikrovalne pozadine. Tu je i predložena takozvana “retarded gravtity” ili zakašnjela gravitacija koja također tvrdi da je u skladu s takvim opažanjima.

Astronomi su iznenađeni saznanjem da mnoga opažanja pokazuju potpuni nedostatak tamne tvari ili strukture siromašne tamnom tvari. To dovodi do pitanja o njenom postojanju. Jedno od objašnjenja moglo bi biti djelovanje plimnih sila koje uzrokuje prolazak obližnjih galaksija, koje uklanjaju tamnu tvar. Čak je i masa Mliječnog puta nedavno utvrđena kao mnogo manja od očekivane prema kozmologiji.

Postoji li tamna tvar?

Nedavna otkrića stvaraju sumnju u postojanje tamne tvari. Unatoč opsežnim istraživanjima i milijardama dolara ulaganja, nije bilo izravnog otkrivanja tamne tvari. Teorija tamne energije negira gravitacijsku privlačnost materije, uzrokujući da se svemir širi brže s vremenom, kao što je opaženo. Međusobna varijacija konstanti prirode, nazvana međusobno povezane konstante (engl. covarying coupling constants  ili CCC), postiže isti učinak slabljenjem gravitacijske sile i drugih prirodnih sila s vremenom, eliminirajući potrebu za tamnom energijom.

Kombinirano s efektom umorne svjetlosti (engl. Tired Light ili samo TL), koji tvrdi da svjetlost usporava kao rezultat gubitka energije, takav kozmološki model nema prostora za tamnu tvar. Pristup međusobno povezane konstante mogao bi također zamijeniti konstantu nalik tamnoj energiji koja se smatra odgovornom za izuzetno brzo širenje svemira nakon velikog praska, zvano inflacija.

Starost svemira i nova otkrića

Starost svemira određuje se povijesnom stopom širenja svemira i može varirati ovisno o modelu koji se koristi za širenje. Mjerenje crvenog pomaka eksplodirajućih zvijezda, zvanih supernove tipa 1a, i njihove opažene svjetlosti može odrediti stopu širenja.

Crveni pomak je sniženje frekvencije spektralnih linija ovisno o brzini udaljavanja emitirajućeg objekta, slično kao kod frekvencije sirene udaljavajućih hitnih kola. Dopuštajući da crveni pomak zbog efekta umorne svjetlosti koegzistira sa širenjem crvenog pomaka, stopa širenja svemira se smanjuje, a starost svemira povećava.

Ovaj novi model predviđa da je svemir stariji nego što mislimo—26,7 milijardi godina u CCC kozmologiji u usporedbi s 13,8 u standardnoj kozmologiji—i omogućava formiranje galaksija i njihovih skupova bez tamne tvari. Povećanje starosti svemira u ranim vremenima kada su se strukture počele formirati bilo je do 100 puta veće u novom modelu.

Odsutnost tamne tvari koja smanjuje gravitacijsku silu i povećava vrijeme za kolaps materije za formiranje struktura je uvelike nadoknađena povećanom starošću u CCC modelu. Širenje svemira uzrokuje da se vrijeme čini usporenim kada promatramo udaljene galaksije. CCC+TL model je u skladu s opažanjima koja pokazuju efekt vremenske dilatacije koja se čini da usporava sat u udaljenim objektima.

Kritike i nova perspektiva

Kritike koje se pojavljuju na CCC+TL model oslanjaju se na pogrešne hipoteze, poput nedostataka predstavljenih konceptom umorne svjetlosti, ili netočne analize, uključujući analizu crvenog pomaka temperature kozmičke mikrovalne pozadine. Jedan slobodni parametar u CCC kozmologiji određuje varijaciju svih konstanti koje asimptotski pristupaju svojim stalnim vrijednostima. Kao i u standardnoj kozmologiji, CCC kozmologija ima samo dva slobodna parametra. Dodavanje umorne svjetlosti umeđusobno povezanu konstantue ne zahtijeva dodatni slobodni parametar.

Standardni kozmološki model zahtijeva tamnu tvar kako bi odgovarao opažanjima, kao što je objašnjenje crvenog pomaka prilikom mjerenja svjetlosti supernova. Tamna tvar se također koristi za objašnjenje fizičkih procesa poput krivulja rotacije galaksija, skupova galaksija ili gravitacijske leće. Korištenje CCC+TL kozmologije znači da moramo ozbiljno razmotriti alternativne fizičke procese kako bismo objasnili astrofizička opažanja koja su prethodno bila pripisana tamnoj tvari.