¿Qué tan probable es que la investigación de materia oscura y energía sea un callejón sin salida causado por errores en nuestra comprensión actual de la astrofísica?

Voy a parafrasear la oración inicial de la respuesta de Erik Anson y decir que es muy, muy probable que la materia oscura sea puramente un artefacto de errores en nuestra comprensión teórica de la física y la cosmología. El sentido de su declaración ha sido alterado, por supuesto, al cambiar ” altamente improbable” a ” altamente probable “.

El Sr. Anson hace un buen trabajo al presentar las justificaciones estándar para creer en la existencia de la materia oscura, por lo que utilizaré su respuesta como base para abordar lo que veo como las deficiencias de esas justificaciones. El primer punto a abordar es esta afirmación que se cita con frecuencia: “… la materia oscura no solo explica una cosa “.

Bueno, de hecho, se usa para explicar muchas discrepancias entre la teoría gravitacional estándar y los fenómenos observados. Corregir esas discrepancias consiste en agregar la cantidad justa de materia oscura distribuida de la manera correcta para conciliar la teoría y varias observaciones. Eso no es un argumento fuerte para la afirmación de que el problema no radica en la teoría.

Todo lo contrario, sugiere fuertemente que es la teoría la culpable. Si la inserción de la cantidad justa de algo genérico, gravitante, pero por lo demás indetectable puede usarse para resolver numerosas discrepancias entre el modelo gravitacional estándar y la observación, entonces el modelo se vuelve altamente sospechoso.

El Sr. Anson enumera cinco ejemplos de fenómenos observados que requieren materia oscura para que los cálculos del modelo gravitacional estándar estén de acuerdo con esas observaciones. Todas esas justificaciones pueden ser objetadas por razones analíticas. El primero son las curvas de rotación galáctica .

La objeción al supuesto problema de rotación de galaxias es que está completamente causada por el uso incorrecto del método kepleriano para derivar las curvas de rotación esperadas . Es la expectativa la fuente del problema percibido, no las observaciones.

El hecho simple es que las curvas de rotación observadas no siguen la disminución calculada porque el método de Kepler fue ideado a propósito para su uso en el sistema solar. Al calcular las curvas de rotación para un planeta, se supone que toda la masa dentro de la órbita se concentra como una masa puntual en el centro.

Dado que el 98% de la masa del sistema solar está en el centro (el sol), el método es perfectamente razonable como una primera aproximación de dos cuerpos para las órbitas planetarias del sistema solar. Sin embargo, no es razonable razonar para calcular las curvas de rotación de cualquier objeto que orbita en cualquier lugar de una estructura galáctica. La masa de una galaxia simplemente está demasiado dispersa para permitir tal simplificación, sin importar cuán conveniente sea para hacer cálculos.

Este error categórico es ampliamente reconocido, aunque no como un error. Esto es de la entrada de Wikipedia sobre materia oscura:

El mapeo temprano de Andrómeda con el telescopio de 300 pies en Green Bank y el plato de 250 pies en Jodrell Bank ya mostró que la curva de rotación HI no trazó el declive Kepleria esperado.

De un curso de astronomía de la Universidad de Cornell llega este punto confuso:

En una galaxia en la que la mayor parte de la masa se concentra en el centro, la velocidad disminuye con la raíz cuadrada del radio. Como este es el caso en el Sistema Solar, donde los planetas siguen las leyes de Kepler, este comportamiento se conoce como “declive Kepleriano”.

Tenga en cuenta la peculiaridad de la primera oración que parece afirmar que algunas galaxias tienen una distribución de masa como el sistema solar y exhiben un declive kepleriano; Si hay algunos ejemplos de tales, no se notan ampliamente. Por lo tanto, lo que sea que “la mayor parte de la masa se concentra en el centro ” esté destinada a transmitir, hay pocas galaxias giratorias, si es que se observa alguna, con el 98% de su masa concentrada en el centro. Las galaxias en general, y nuestro sistema solar no son estructuras morfológicamente similares y, en consecuencia, sería sorprendente si exhibieran curvas de rotación similares.

Finalmente, de un artículo de 1980 de Rubin, Ford y Thonnard:

Por lo tanto, los Sc más pequeños (es decir, la luminosidad más baja) exhiben la misma falta de disminución de la velocidad kepleriana en R grande que las espirales de alta luminosidad.

La ubicuidad del método kepleriano en la determinación de las curvas de rotación esperadas es clara incluso en una búsqueda informal de la literatura.

La evidencia de que las curvas de rotación galáctica pueden explicarse sin la invocación de la materia oscura se encuentra en la relación Tully-Fisher y en este estudio reciente:

[1609.05917] La ​​relación de aceleración radial en galaxias con soporte rotacional

En un conocido artículo de 1937, el astrónomo conocido Fred Zwicky plantea el punto interesante y relevante de que la viscosidad gravitacional que permite que el núcleo galáctico gire como si fuera un cuerpo sólido no debería caer bruscamente a cero en radios mayores que los de el núcleo pero debería disminuir gradualmente a medida que aumenta el radio de los cuerpos en órbita. Cuando se aplica el método Keplerian fuera del núcleo, la viscosidad interna del sistema galáctico se reduce arbitraria y abruptamente a cero desde la distancia radial a la que se aplica por primera vez (método Keplerian) y para todos los radios orbitales mayores.

Parece extraño que la intuición física razonable de Zwicky a este respecto haya sido olvidada o dejada de lado, pero un artículo reciente sobre la historia de la materia oscura apunta al probable culpable, el matemático:

… una de las principales preocupaciones de Zwicky era la posible “viscosidad” interna resultante de las interacciones mutuas de las estrellas. Solo cuatro años después, Chandrasekhar demostraría en su artículo clásico, “El tiempo de relajación de los sistemas estelares”, que estas interacciones son completamente insignificantes, lo que permite describir de manera confiable las galaxias como sistemas de estrellas que no interactúan.

El artículo de Chandrasekhar no aborda el concepto de viscosidad directamente en absoluto, sino que comienza con una consideración de los movimientos estelares aleatorios en los cúmulos globulares. El modelo derivado se estira sin justificación para aplicarlo al movimiento no aleatorio de las estrellas que orbitan en un disco galáctico. El documento no demuestra en ningún sentido que las fuerzas de viscosidad en una galaxia espiral puedan considerarse insignificantes. Como matemáticas, esto puede ser un trabajo convincente, pero como ciencia es irrelevante. Solo hay, como máximo, un análisis cualitativo superficial contenido en la gimnasia matemática. Para ser justos y con la evidencia, no se puede decir que el autor no conozca la física del tema en consideración, pero cualquier conocimiento de este tipo está bien oculto en el documento.

El punto aquí no es molestar a Chandrasekhar; Su artículo no es un hecho aislado, atípico e histórico. Es un matemático perfectamente bueno, pero no demasiado físico. Esta es la forma en que se ha hecho la ciencia durante los últimos 100 años más o menos. Está al revés y está mal.

Las curvas de rotación galáctica observadas no requieren ni proporcionan evidencia de la existencia de materia oscura.

Velocidades orbitales del cúmulo galáctico.

Al igual que con las galaxias individuales, también sucede con los cúmulos de galaxias. El problema de la materia oscura parece ser consecuencia de una mala física analítica. Aquí de la respuesta de Erik Anson está el quid de la cuestión:

Los cúmulos de galaxias consisten en un montón de galaxias (escandalosas, lo sé) que orbitan alrededor de una bola gigante de plasma supercalentado. Por “supercalentamiento”, por cierto, no me refiero a “tan caliente que se ilumina de rojo” o “tan caliente que se ilumina de blanco”, sino “tan caliente que se ilumina en la banda de rayos X “. Este plasma gigante la pelota representa quizás el 90% de la masa total del cúmulo de galaxias, por lo que tampoco estamos hablando de algo pequeño .

Bueno, ahí lo tienes. Erik, su cohorte y sus mentores han adquirido esta evidencia empírica de gran importancia y están intentando utilizarla en apoyo de un modelo de dinámica de cúmulos galácticos que ignora por completo la contribución energética de las fuerzas electrodinámicas y termodinámicas que dominan el comportamiento dinámico de 90% de la masa del cúmulo de galaxias.

Ignoran estos hechos notables que contradicen sus suposiciones sobre el peso adecuado (100% en el modelo) de las fuerzas gravitacionales en la dinámica de agrupación y, posteriormente, descubren que el modelo no funciona. Les gustaría pedirle que encuentre espacio en su corazón para creer en Dark Matter como compensación. La cosmología moderna es un desastre no científico.

Es muy, muy poco probable que la materia oscura sea puramente un artefacto de errores en nuestra comprensión teórica de la física y la cosmología. Llegaré a por qué en un momento.

“Energía oscura”, por otro lado, es simplemente un término que se refiere a “lo que sea que esté causando la aceleración observada en la expansión del Universo”, por lo que no es necesario que sea algún tipo de “cosas” en el sentido habitual Seguimos midiendo mejor el efecto, y cada vez es coherente con la idea de una “constante cosmológica”, que podría ser una simple modificación de las ecuaciones de la relatividad general o algo físico que se comporta de manera equivalente. (Nota: ninguno de estos sería un caso de GR incorrecto , per se; hay un parámetro en la teoría que puede o no ser cero, y esta sería simplemente la opción distinta de cero).

Bien, volvamos a la materia oscura.

Algunas personas parecen pensar que es un “parche” que suena inverosímil y se muestran profundamente escépticos ante la idea de que tales cosas convenientemente invisibles puedan existir. Sin saber más, yo mismo estaría de acuerdo con esa postura. Sin embargo, quizás sorprendentemente, en términos de la física fundamental subyacente, ¡tiene mucho sentido que exista tal cosa! Las diferentes partículas fundamentales interactúan a través de diferentes conjuntos de fuerzas, y no hay nada súper especial en el electromagnetismo que deba hacer que interactúe con todo . De hecho, los neutrinos, que en realidad podemos medir (con dificultad), se ajustan exactamente a todas las propiedades “extrañas” de la materia oscura. (La materia oscura resulta no solo ser un montón de neutrinos, sino que es por diferentes razones, no espeluznantes, que abordaré más adelante).

Bien, entonces, con suerte, al menos he establecido que la materia oscura es una hipótesis plausible. Pero, en sí mismo, esa no es razón para suponer que es correcto . La ciencia no solo permite , sino que anima activamente a las personas a buscar explicaciones alternativas para cosas que en realidad podrían ser mejores que nuestros modelos existentes. Por lo tanto, también era perfectamente razonable que las personas intentaran modificar la gravedad. ¡Diablos, tales esfuerzos han tenido éxito en el pasado! (Antes de la Relatividad General, había una hipótesis de que ciertas anomalías en la órbita de Mercurio fueron causadas por un planeta aún no visto muy cerca del Sol. ¿Te suena familiar?)

Sin embargo, en este caso, un éxito similar es profundamente improbable; en cambio, es mucho más probable que sea similar a los casos de Neptuno y Plutón, que eran masas previamente desconocidas que fueron descubiertas a través de sus interacciones con los planetas conocidos. (De nuevo, ¿te suena familiar?)

El problema al tratar de “explicar” la materia oscura utilizando una teoría de la gravedad modificada es que la materia oscura no solo explica una cosa . Las personas (incluidas algunas que publican artículos de MOND) tienden a mostrar curvas de rotación galáctica y (al menos implícitamente) fingen que son la única anomalía que necesitan resolver.

La analogía que tiendo a usar aquí es que sería como actuar como si nuestra única evidencia de la tectónica de placas fuera que Brasil parece encajar en África occidental. Sí, esa fue una pista temprana que nos señaló en la dirección correcta , pero resulta que la ciencia realmente ha hecho un progreso mayor que cero en las muchas décadas posteriores.

La parte superior de mi cabeza:

  1. Curvas de rotación galáctica. Las cosas de estilo MOND generalmente se pueden ajustar para que quepan dentro del margen de error.
  2. Velocidades orbitales del cúmulo galáctico. MOND a menudo también puede hacer esto. ¡Algunos incluso pueden explicarlos sin romper su modelo de rotación galáctica en el proceso!
  3. Alturas de los picos acústicos en el espectro de potencia CMB. Este es un poco más técnico, pero básicamente, había ondas de sonido que viajaban a través del plasma que impregnaba el Universo temprano, y estas ondas dejan una firma que podemos observar hoy a través del análisis estadístico del Fondo Cósmico de Microondas. La señal que observamos se ve afectada significativamente por la cantidad de materia oscura que hay alrededor, porque la materia oscura no es empujada por la presión del plasma, sino que interactúa con ella gravitacionalmente. Todavía no he visto un documento que incluso intente explicar esta señal utilizando una teoría de la gravedad modificada, pero no soy un experto en la literatura relevante, así que supongo que podría haberlo pasado por alto. Sin embargo, parece una pregunta realmente difícil, y eso es incluso antes de exigir que no rompa los puntos 1 y 2 anteriores.
  4. Historia de la formación de galaxias . En el Universo temprano, la mayor parte de la densidad de energía era en forma de luz en lugar de materia , y la luz tiende a difundirse bastante rápido, porque es bastante rápida. [Matemáticas] {} ^ \ text {[cita requerida]} [/ matemáticas ] Entonces, incluso si tiene algunas ligeras desviaciones en la densidad de un lugar a otro (debido a las fluctuaciones cuánticas anteriores), es muy difícil que esas desviaciones crezcan, porque la luz se difunde lejos de las regiones demasiado densas en promedio. La materia “normal” está siendo empujada y arrastrada por la luz, por lo que no es de mucha ayuda.

    Pero espera, materia oscura! La materia oscura no se difunde en ninguna parte cerca de la velocidad de la luz durante la mayor parte de la historia del Universo (que es cómo podemos saber que no son solo muchos y muchos neutrinos, porque lo harían ), y no es empujada por el tanto luz, por lo que puede comenzar a formar regiones más densas. Para cuando se lanzó el CMB (en ese momento, la luz deja de ser un gran problema para estructurar la formación), las fluctuaciones de densidad en la materia oscura eran aproximadamente 100 veces más grandes que las fluctuaciones correspondientes en la materia “regular”. Son esas regiones demasiado densas de materia oscura las que “sembraron” la formación de galaxias; la materia regular se dispersó de manera relativamente uniforme y simplemente “cayó” en los pozos de gravedad de la materia oscura.

    Entonces, con la materia oscura, tenemos una explicación sólida y un buen modelo cuantitativo para las tasas de formación de galaxias observadas en varios momentos de la historia del Universo. ¿Sin ello? Jaja ¡Buena suerte!

  5. El cúmulo de balas. Este es el verdadero pateador, el que (al menos en mi libro) lo mueve de “probablemente demasiados fenómenos diversos para que una gravedad modificada pueda manejarlos” a “HAHAHAHAHAHA * tos * oh espera, ¿hablas en serio? Lo siento.”

    Los cúmulos de galaxias consisten en un montón de galaxias (escandalosas, lo sé) que orbitan alrededor de una bola gigante de plasma supercalentado. Por “supercalentamiento”, por cierto, no me refiero a “tan caliente que se ilumina de rojo” o “tan caliente que se ilumina de blanco”, sino “tan caliente que se ilumina en la banda de rayos X “. Este plasma gigante la pelota representa quizás el 90% de la masa total del cúmulo de galaxias, por lo que tampoco estamos hablando de algo pequeño .

    A veces, los cúmulos de galaxias chocan entre sí. El espacio es enorme y está mayormente vacío, por lo que las galaxias (y mucho menos las estrellas en las galaxias) realmente no se golpean entre sí, pero esas grandes bolas de plasma al menos interactúan un poco . ¿Pero sabes lo que pasa directamente el uno al otro? ¡Las masas aún más grandes de materia oscura que sembraron la formación de los cúmulos de galaxias en primer lugar! El resultado es que las masas que podemos ver disminuyen un poco mientras se atraviesan, mientras que las masas que no podemos ver , bueno, no lo hacen . Esto da como resultado una separación entre los dos, que podemos medir utilizando telescopios de rayos X y lentes gravitacionales, como se muestra a continuación. (La imagen es de color falso, muestra la materia “normal” en rojo y muestra la distribución de masa detectada gravitacionalmente en azul).

    No me importa lo inteligente que seas … ¡buena suerte con una teoría de la gravedad que se ajuste a las observaciones, tenga sentido, y sin embargo, no tiene un efecto centrado en la masa real!

Hay una teoría alternativa de la gravitación propuesta por Erik Verlinde que proporcionaría una explicación de la Dinámica Newtoniana Modificada (DMO) de Mordecai Milgrom. Esto predice que, en rangos muy largos, la gravedad cae como 1 / log (r) no 1 / r ^ 2. Esto eliminaría la necesidad de Dark Matter sin, como en la versión inicial de Milgrom, tener parámetros libres que puedan ajustarse para ajustarse a las observaciones. El primer conjunto de observaciones que intentan probar esta teoría se acaba de informar y se ajustan perfectamente al modelo de Verlinde. Por lo tanto, existe la posibilidad de que Dark Matter se elimine del modelo, aunque todavía es pronto.

Dark Energy es realmente solo una etiqueta para “algo que no entendemos”, por lo que no hay errores que eliminar. Hasta donde sé, nadie tiene ninguna teoría sobre lo que podría ser la Energía Oscura, por lo que no hay nada que descartar.

¿No es solo la comprensión actual de la astrofísica la que está conduciendo a errores al descifrar el modelo correcto de nuestro universo? Es todo el campo de la física y las matemáticas actuales utilizadas para expresarlo. No estoy diciendo que las matemáticas estén mal, casi todo es correcto, pero el modelo no está completo y falta la base sobre la cual se debe reconstruir toda la física.

Considere esto … Los astrofísicos observan grandes estructuras complicadas, como los agujeros negros y las galaxias, y dicen que aprender sus secretos conducirá a una teoría de todo. Sin embargo, ¿sabemos todo lo que necesitamos saber sobre algo tan simple como un electrón?

Conocemos las propiedades de un electrón, pero no cómo se creó el electrón para lograr esas propiedades. Lo mismo puede decirse del espacio-tiempo. El espacio-tiempo tiene muchas propiedades, pero no se tiene en cuenta cómo el espacio-tiempo llega a tener esas propiedades. Aún más frustrante es el modelo de la teoría de cuerdas que pone cadenas en el espacio-tiempo en su intento de explicar todo, pero incluso si esta teoría tiene éxito, aún dejaría de lado la naturaleza de nuestro espacio-tiempo y cómo se creó.

La Teoría de todo de Gordon comienza con 2 postulados: 1) El enorme número de entidades componentes de bloques de construcción que forman el espacio-tiempo y 2) La energía requerida para su alineación inicial: ¡eso es todo! Hay muchas razones por las cuales los físicos no han descubierto la teoría de todo, sin embargo, en lo que respecta a responder a su pregunta, una razón se destaca … Razón # 2: La subespecialización de la física

La teoría de todo … ¿Qué tardó tanto?

La teoría de todo de Gordon deriva literal y matemáticamente cómo todo llegó a existir en nuestro universo y, al hacerlo, corrige el modelo y proporciona una mejor comprensión de las matemáticas que ya conocemos. Por ejemplo … ¿Puede alguien decirnos por qué la energía de la luz es proporcional a c ^ 1 y la energía de la masa es proporcional a c ^ 2? La respuesta que escucharía sería porque se derivó de nuestra matemática actual como tal a través de los datos de experimentación. ¡LO CUAL ESTÁ BIEN! Pero para encontrar la teoría de todo, la experimentación no será suficiente. Este artículo dice por qué …

“¿Por qué el LHC no puede encontrar nuevas matemáticas?”

Lo que falta en nuestra comprensión actual y en nuestras matemáticas actuales es derivar cómo existen nuestros parámetros accesibles experimentalmente. Por ejemplo, todos sabemos qué es la distancia y que el espacio-tiempo tiene tres direcciones independientes de distancia que conocemos como dimensiones, pero ¿sabemos cómo se crean la distancia y las dimensiones en el espacio-tiempo? Este documento arroja algo de luz específicamente sobre esa pregunta …

¿Dimensiones ocultas? … No tan ocultas después de todo

Le aseguro que si usted es un físico (o alguien) seriamente interesado en resolver los misterios de nuestro universo, incluida la cuestión de la energía oscura y la materia oscura, que al leer y comprender los puntos que se exponen en esta publicación y las tres documentos de referencia, debería motivarte a leer y aprender la teoría del todo de Gordon. Esta teoría eventualmente desencadenará una carrera en física para avanzar el Modelo Gordon a través de todo el campo de la física. La pregunta es … ¿Quieres una ventaja?

No sabía mucho sobre esto y podría decir cosas tontas, pero de acuerdo con mi hipótesis sobre partículas y radiación, podría deberse a algunos posibles errores en QM. Está relacionado con la amplitud de las ondas EM que QM ha eliminado de la ecuación de energía de un fotón.

Es posible que durante las interacciones, si una onda no tiene suficiente amplitud, pase sin ser detectada y, obviamente, no interactúe con nada excepto por la gravedad. Mi concepto dice que toda la materia tiene un origen electromagnético y que el EM es el único campo, por lo tanto, esto puede ser cierto para cualquier tipo de estructura electromagnética como otras partículas, no solo la luz.

Un ejemplo de interacción indetectable puede ser un fotón con baja amplitud, que golpea un átomo. El electrón gana un poco de energía, pero no lo suficiente como para provocar un salto o liberarse del átomo. Después de eso, el electon libera la energía y se instala en el nivel de energía anterior.

Si puedo simplificar en aras de la honestidad en la ciencia

La “materia oscura” es materia que actualmente no podemos ver … por una amplia variedad de posibles razones. Puede estar compuesto de muchos más agujeros negros aislados detectados actualmente (sin alimentación, por lo que no hay firma de pozo de gravedad) … Y / o gas y polvo esparcidos muy escasamente en el espacio.

Como ya se dijo bien aquí, “energía oscura” es solo una etiqueta para un misterio * sobre el cual la ciencia no tiene idea alguna … * (“¿Por qué el universo se está acelerando en velocidad de expansión?”)

Tal vez hay mucha más materia en formas más densas más allá de nuestro horizonte de eventos cósmicos actual, que hace que nuestro cosmos visible sea cada vez más “externo”. Mientras tanto, ¿por qué inventar y nombrar nuevos tipos de energía y fuerzas? Nombrar incógnitas es una forma de simulación de que la ciencia sabe más de lo que sabe. Quizás “el factor X para la expansión cósmica” sería más honesto. (Sólo una sugerencia.)

“Callejón sin salida” es un término un poco flojo.

¿Es la gravitación de Newton un “callejón sin salida”? Yo diría claramente que no. Fue una visión revolucionaria y permitió un conjunto completamente nuevo de predicciones que funcionaron.

Es muy probable que la resolución de la cuestión de la materia oscura extienda el modelo estándar en una nueva dirección. Esto no significa que la investigación de la materia oscura sea un callejón sin salida, de hecho está delineando lo que debe hacer la nueva teoría. Puede que la materia oscura no sea una partícula (en el concepto actual de lo que es una partícula), pero también es muy posible que lo que ahora llamamos partículas ahora tampoco lo sean.

La física es un trabajo en progreso. Me parece que necesitamos un nuevo paradigma, o algunos, de una escala revolucionaria similar a la gravedad o relatividad de Newton que puede cambiar profundamente la forma en que vemos muchas cosas. Dentro del paradigma actual, la materia oscura es una partícula, pero probablemente esa no sea la última palabra.

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