40 let hledání neviditelného
Co je temná hmota
Galaxie se točí rychleji, než by měly podle viditelné hmoty. Aby to dávalo smysl, musí tam být víc hmoty, než vidíme. Neviditelná, negravitačně tažená hmota.
Astronomové tomu dali jméno temná hmota. Je to hmota, která není neviditelná proto, že by byla "tmavá" — ale proto, že neinteraguje se světlem. Nepohlcuje, neodráží, nevyzařuje. Pro optiku je nedetekovatelná.
Podle odhadu tvoří 27 % vesmíru (normální hmota je jen 5 %).
40 let hledání
Od 80. let jsou po celém světě postaveny detektory. Podzemní komory plné kapalného xenonu, argonu, krystalů germania. Mikrovlnné rezonátory. Urychlovače.
Některé z nich: XENON1T, LUX, PandaX, ADMX, LZ. Investované miliardy. Tisíce vědců. Nejcitlivější technologie v historii.
Výsledek: nula. Žádná detekovaná částice. Přesné, opakované, negativní výsledky.
Co říkají zastánci
"Není to selhání, je to pokrok. S každým experimentem vylučujeme další hypotetické kandidáty. Zužujeme prostor, kde se temná hmota může skrývat."
Je to rozumná odpověď. Věda nepokud vždy najde — někdy je hodnota v tom, že rozřadí jaké cesty fungují a jaké ne.
Ale 40 let je dlouhá doba na tuto práci. Druhá strana se ptá: není čas začít zvážit alternativy?
Alternativy
Jedna je MOND — úprava gravitace samotné. Když je zrychlení velmi nízké (jako na okrajích galaxií), gravitace se chová jinak než Newton říká. Temná hmota není potřeba.
Druhá je naše teorie Alexandria Dynamics. Prostor má paměť, gradient hustoty, a na velkých škálách tento gradient působí na pohyb hmoty. Opět bez nutnosti neviditelné hmoty.
Neříkáme: "temná hmota neexistuje". Říkáme: pokud ji za 40 let nenajdeme, možná by stálo za to začít zkoušet, jestli nemáme lepší vysvětlení.
Fyzika postupuje tak, že se zpochybňují i věci, které se zdají hotové. Temná hmota je možná zralá na zpochybnění.
Galaxie rotují příliš rychle
1970, Vera Rubin. Měří rotační křivky galaxií. Okrajové hvězdy obíhají stejně rychle jako vnitřní. Newton říká: měly by zpomalovat (jako vzdálené planety v Sluneční soustavě). Nepomalují.
Dvě možnosti:
1. Newton/Einstein se mýlí na galaktické škále
2. Je tam hmota, kterou nevidíme
Fyzika zvolila možnost 2. Nazvala ji 'temná hmota'. A začala hledat.
Kandidáti — všichni selhali
| Co hledali | Kde | Kolik let | Výsledek |
|---|---|---|---|
| WIMPs (těžké částice) | XENON1T, LUX, PandaX | 30+ | Nic |
| Axiony (lehké částice) | ADMX, ABRACADABRA | 25+ | Nic |
| Sterilní neutrina | Satelity (3.5 keV čára) | 15+ | Sporné |
| Primordiální černé díry | LIGO, mikrolensing | 8+ | Omezeno |
| Fuzzy DM (ultra-lehké) | Lyman-α | 10+ | Napětí |
| SIDM (samo-interagující) | — | 10+ | Žádná detekce |
40+ let. Miliardy dolarů. Desítky experimentů. Tisíce fyziků.
Výsledek: přesná, opakovaná, statisticky významná NULA.
Bullet Cluster — důkaz, nebo ne?
2006: Clowe a kol. Bullet Cluster — dvě kupové hvězdokupy po srážce. Rentgen ukazuje plyn uprostřed (zastavil se). Gravitační čočkování ukazuje hmotu u hvězd (proletěly skrz).
Mainstream: 'přímý důkaz temné hmoty'. Temná hmota prošla skrz jako duchové, plyn se zastavil.
Ale: existuje i jiné vysvětlení? Co když gravitace sama má 'paměť' — otisk hmoty v prostoru, který zůstane s hvězdami i po srážce?
Bullet Cluster dokazuje, že čočkování nesedí s viditelnou hmotou. NEDOKAZUJE, že příčinou je neviditelná částice. To je interpretace, ne fakt.
Kolik nul stačí?
Představte si: hledáte klíče. Prohledáte celý byt — nic. Prohledáte znovu s detektorem kovů — nic. Prohledáte potřetí s rentgenem — nic.
V určitém bodě se přestanete ptát 'kde jsou klíče' a začnete se ptát 'měl jsem vůbec klíče?'
Fyzika hledá temnou hmotu 40 let. Každý experiment říká: 'tady není'. Každý nový experiment je citlivější. A stále nic.
Možná temná hmota existuje a je prostě mimo dosah detektorů. Možná.
Ale možná galaxie rotují rychle z jiného důvodu. Možná gravitace na galaktické škále funguje trochu jinak, než jsme čekali. Ne proto že Einstein se mýlí — ale proto že jsme něco přehlédli.
My v Alexandria Dynamics si myslíme, že víme co. Ale to je příběh pro jindy. 😄