Saya akan menjadi yang pertama mengakui bahwa kami tidak memahami materi gelap. Sebagai contoh, ketika kita melihat sebuah galaksi dan menghitung semua bit panas yang bersinar seperti bintang dan gas serta debu, kita mendapatkan massa tertentu. Ketika kita menggunakan teknik lain sama sekali untuk mengukur massa, kita mendapatkan angka yang jauh lebih tinggi. Jadi kesimpulan alami adalah bahwa tidak semua materi di alam semesta semuanya panas dan bercahaya. Mungkin beberapa jika itu, Anda tahu, gelap.
Tapi tunggu sebentar. Pertama, kita harus memeriksa matematika kita. Apakah kami yakin tidak hanya salah dalam fisika?
Rincian Materi Gelap
Sepotong utama dari teka-teki materi gelap (meskipun tentu bukan satu-satunya, dan ini akan menjadi penting nanti dalam artikel) datang dalam bentuk kurva rotasi galaksi yang disebut. Saat kita menyaksikan bintang berputar secara berputar di sekitar pusat galaksi mereka, tentu saja bintang yang jauh dari pusat harus bergerak lebih lambat daripada yang lebih dekat ke pusat. Ini karena sebagian besar massa galaksi berjejal di inti, dan bintang-bintang terluar jauh dari semua benda itu, dan dengan gravitasi Newton yang sederhana mereka harus mengikuti orbit malas yang lambat.
Tetapi mereka tidak.
Sebaliknya, bintang-bintang terluar mengorbit secepat sepupu mereka di kota.
Karena ini adalah permainan gravitasi, hanya ada dua opsi. Entah kita salah gravitasi, atau ada hal-hal ekstra tak terlihat yang merendam setiap galaksi. Dan sejauh yang kami tahu, kami mendapatkan gravitasi sangat, sangat benar (itu artikel lain), jadi booming: materi gelap. Ada sesuatu yang membuat bintang-bintang freewheeling ini terperangkap di dalam galaksi mereka, jika tidak mereka akan terlempar keluar seperti komidi putar jutaan tahun yang lalu; ergo, ada banyak hal yang tidak bisa kita lihat secara langsung tetapi kita bisa mendeteksi secara tidak langsung.
Semakin Berat
Tetapi bagaimana jika ini bukan hanya permainan gravitasi? Lagi pula, ada empat kekuatan fundamental alam: nuklir kuat, nuklir lemah, gravitasi, dan elektromagnetisme. Apakah ada di antara mereka yang bisa bermain dalam game hebat ini?
Nuklir yang kuat hanya beroperasi pada skala kecil sub-atomik, jadi itu benar. Dan tidak ada yang peduli tentang nuklir yang lemah kecuali dalam peluruhan dan interaksi langka tertentu, sehingga kita bisa mengesampingkannya juga. Dan elektromagnetisme ... yah, jelas radiasi dan medan magnet memainkan peran dalam kehidupan galaksi, tetapi radiasi selalu mendorong ke luar (jadi jelas tidak akan membantu menjaga bintang yang bergerak cepat terkekang) dan medan magnet galaksi sangat lemah (tidak lebih kuat dari sepersejuta medan magnet Bumi sendiri). Jadi ... jangan pergi, kan?
Seperti hampir semua hal dalam fisika, ada jalan keluar yang licik. Sejauh yang kami tahu, foton - pembawa gaya elektromagnetik itu sendiri - sama sekali tidak bermassa. Tetapi pengamatan adalah pengamatan dan tidak ada dalam sains yang diketahui pasti, dan perkiraan saat ini menempatkan massa foton tidak lebih dari 2 x 10-24 massa elektron. Untuk semua maksud dan tujuan, ini pada dasarnya nol untuk apa saja yang semua orang pedulikan. Tetapi jika foton tidakMemiliki massa, bahkan di bawah batas ini, dapat melakukan beberapa hal yang cukup lucu untuk universal.
Dengan kehadiran massa dalam foton, persamaan Maxwell, cara kita memahami listrik, magnet, dan radiasi, mengambil bentuk yang dimodifikasi. Istilah tambahan muncul dalam matematika dan interaksi baru terbentuk.
Bisakah Anda merasakannya?
Interaksi baru itu rumit dan tergantung pada skenario tertentu. Dalam kasus galaksi, medan magnetnya yang lemah mulai merasakan sesuatu yang istimewa. Karena sifat medan magnet yang kusut dan bengkok, keberadaan foton masif mengubah persamaan Maxwell di hanya jalan untuk menambah kekuatan baru yang menarik yang dalam beberapa kasus bisa menjadi kuat ketegangan semata.
Dengan kata lain, gaya elektromagnetik baru mungkin dapat menjaga bintang yang bergerak cepat mengikat, menghilangkan kebutuhan akan materi gelap sama sekali.
Tapi itu tidak mudah. Medan magnet di seluruh gas antarbintang galaksi, bukan bintang-bintang itu sendiri. Jadi gaya ini tidak dapat menekan bintang secara langsung. Alih-alih, pasukan harus membuat tarikannya diketahui oleh gas, dan entah bagaimana gasnya harus memberi tahu bintang-bintang bahwa ada kota sheriffin baru.
Dalam kasus bintang besar yang berumur pendek, ini sangat mudah. Gas itu sendiri berputar di sekitar inti galaksi dengan kecepatan tinggi, membentuk bintang, bintang hidup, bintang mati, dan sisa-sisa kembali menjadi gas cukup cepat sehingga untuk semua maksud dan tujuan bintang-bintang meniru gerakan gas, memberikan kami kurva rotasi yang kita butuhkan.
Masalah Besar di Bintang Kecil
Tapi bintang-bintang kecil dan berumur panjang adalah binatang buas lainnya. Mereka terpisah dari gas yang membentuk mereka dan menjalani hidup mereka sendiri, mengorbit di sekitar pusat galaksi berkali-kali sebelum mereka berakhir. Dan karena mereka tidak merasakan gaya elektromagnetik baru yang aneh, mereka seharusnya hanyut menjauh dari galaksi mereka sama sekali, karena tidak ada yang membuat mereka terkendali.
Memang, jika skenario ini akurat dan foton besar-besaran dapat menggantikan materi gelap, matahari kita sendiri seharusnya tidak berada di tempatnya sekarang.
Terlebih lagi, kami memiliki alasan yang sangat baik untuk percaya bahwa foton benar-benar tidak memiliki massa. Tentu, persamaan Maxwell mungkin tidak terlalu peduli, tetapi relativitas khusus dan teori medan kuantum tentu saja. Anda mulai mengotak-atik massa foton dan Anda harus menjelaskan banyak hal, tuan.
Plus, hanya karena semua orang menyukai kurva rotasi galaksi tidak berarti bahwa mereka satu-satunya rute kita menuju materi gelap. Pengamatan gugusan galaksi, pelensaan gravitasi, pertumbuhan struktur di alam semesta, dan bahkan latar belakang gelombang mikro kosmik semuanya menunjuk ke arah semacam komponen yang tak terlihat ke alam semesta kita.
Bahkan jika foton memiliki massa, dan entah bagaimana bisa menjelaskan gerakannya semua bintang di galaksi, bukan hanya yang masif, itu tidak akan bisa menjelaskan sejumlah pengamatan lain (misalnya, bagaimana gaya elektromagnetik baru bisa menjelaskan pembengkokan gravitasi cahaya di sekitar gugusan galaksi? Ini bukan pertanyaan retoris - tidak bisa). Dengan kata lain, bahkan dalam kosmos yang penuh dengan foton besar, kita masih membutuhkan materi gelap juga.
Anda dapat membaca artikel jurnal sini.
