Εδώ και δεκαετίες, η αστροφυσική κοινότητα λειτουργεί με μια βασική παραδοχή: το μεγαλύτερο μέρος του Σύμπαντος αποτελείται από κάτι που δεν μπορούμε να δούμε, να αγγίξουμε ή να μετρήσουμε άμεσα. Η Σκοτεινή Ύλη θεωρείται ο «αόρατος σκελετός» που κρατάει τους γαλαξίες ενωμένους. Ωστόσο, παρά τις άοκνες προσπάθειες και τα πειράματα εκατομμυρίων δολαρίων σε υπόγειους ανιχνευτές, δεν έχει βρεθεί ούτε ένα σωματίδιο της.
Τι συμβαίνει όμως αν κυνηγάμε φαντάσματα; Μια νέα μελέτη έρχεται να προτείνει μια ριζοσπαστική εναλλακτική. Ο φυσικός Hrvoje Nikolić από το Ινστιτούτο Ruđer Bošković στο Ζάγκρεμπ, υποστηρίζει ότι η Σκοτεινή Ύλη ενδέχεται να είναι μια πλάνη. Σύμφωνα με τη θεωρία του, αυτό που εκλαμβάνουμε ως αόρατη μάζα είναι στην πραγματικότητα η ίδια η βαρύτητα που συμπεριφέρεται παράξενα σε κοσμικές αποστάσεις.
Το παράδοξο της περιστροφής των Γαλαξιών
Για να κατανοήσουμε τη σημασία της πρότασης του Nikolić, πρέπει να κοιτάξουμε το πρόβλημα στη ρίζα του. Παρατηρώντας τους σπειροειδείς γαλαξίες, οι αστρονόμοι βλέπουν κάτι που αντιβαίνει στους νόμους του Νεύτωνα. Τα αστέρια που βρίσκονται στις άκρες του γαλαξία κινούνται με ιλιγγιώδεις ταχύτητες, τόσο μεγάλες που θα έπρεπε να εκσφενδονιστούν στο διάστημα. Η βαρύτητα από την ορατή ύλη (άστρα, αέρια, σκόνη) δεν επαρκεί για να τα συγκρατήσει.
Η συμβατική λύση είναι η Σκοτεινή Ύλη: μια υποθετική μάζα που προσθέτει την απαραίτητη βαρυτική έλξη. Η λύση που προτείνει η «Υπέρυθρη Βαρύτητα» (Infrared Gravity) του Nikolić είναι διαφορετική. Δεν προσθέτει μάζα, αλλά τροποποιεί τον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε το πεδίο της βαρύτητας όταν αυτό απλώνεται σε τεράστιες αποστάσεις.
Υπέρυθρη Βαρύτητα: Όταν η κβαντική φυσική συναντά το Σύμπαν
Η καινοτομία της συγκεκριμένης έρευνας έγκειται στο ότι δεν προσπαθεί να «μπαλώσει» τα κενά της Γενικής Σχετικότητας με αυθαίρετο τρόπο. Αντιθέτως, χρησιμοποιεί εργαλεία της Κβαντικής Θεωρίας Πεδίου.
Ο όρος «Υπέρυθρη» (Infrared) δεν αναφέρεται σε θερμότητα, αλλά σε φαινόμενα πολύ χαμηλής ενέργειας και πολύ μεγάλων αποστάσεων. Ο Nikolić υποστηρίζει ότι οι κβαντικές διακυμάνσεις του κενού – ο «θόρυβος» του άδειου χώρου – αλληλεπιδρούν με το βαρυτικό πεδίο.
Ενώ σε μικρές αποστάσεις (όπως στο Ηλιακό μας Σύστημα) η βαρύτητα συμπεριφέρεται ακριβώς όπως προέβλεψε ο Νεύτωνας και ο Αϊνστάιν, σε γαλαξιακή κλίμακα τα πράγματα αλλάζουν. Η θεωρία προβλέπει ότι το βαρυτικό πεδίο δεν εξασθενεί τόσο γρήγορα όσο νομίζαμε. Αυτή η «ενίσχυση» της βαρύτητας στις παρυφές των γαλαξιών μιμείται τέλεια την παρουσία Σκοτεινής Ύλης, χωρίς όμως να απαιτεί την ύπαρξη εξωτικών σωματιδίων.
Η διαφορά με το MOND
Πολλοί θα σκεφτούν ότι αυτό θυμίζει τη θεωρία MOND (Modified Newtonian Dynamics), μια ιδέα από τη δεκαετία του '80 που επίσης αμφισβητεί τη Σκοτεινή Ύλη. Η ειδοποιός διαφορά είναι θεμελιώδης:
- Η MOND ήταν μια εμπειρική προσαρμογή (ένα μαθηματικό «πείραγμα» για να ταιριάζουν τα νούμερα).
- Η θεωρία του Nikolić προκύπτει μέσα από θεμελιώδεις αρχές της φυσικής (συνδυασμός σχετικότητας και κβαντομηχανικής) και οδηγεί σε αποτελέσματα που μοιάζουν με της MOND, αλλά έχουν στέρεη θεωρητική βάση.
Ουσιαστικά, η μελέτη προσφέρει τον «χαμένο κρίκο» που έψαχναν οι επιστήμονες για να δικαιολογήσουν μια τροποποιημένη θεωρία βαρύτητας χωρίς να καταφύγουν σε αλχημείες.
Γιατί αυτό είναι σημαντικό τώρα;
Η χρονική συγκυρία της δημοσίευσης είναι κρίσιμη. Οι προσδοκίες ότι ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) ή οι ανιχνευτές όπως ο LUX-ZEPLIN θα ανακάλυπταν τα σωματίδια της Σκοτεινής Ύλης (WIMPs) έχουν διαψευστεί. Η φυσική κοινότητα βρίσκεται σε αδιέξοδο και αναζητά νέες κατευθύνσεις.
Εάν η θεωρία της Υπέρυθρης Βαρύτητας επιβεβαιωθεί, θα μιλάμε για μια παραδειγματική αλλαγή στην κατανόηση του Κόσμου. Δεν θα χρειάζεται πλέον να υποθέτουμε ότι το 85% της ύλης του σύμπαντος είναι άγνωστο. Αντίθετα, θα έχουμε καταφέρει να ενοποιήσουμε καλύτερα τους κανόνες του μικρόκοσμου (κβαντική) με τους κανόνες του μακρόκοσμου (γαλαξίες).
Το μέλλον της έρευνας
Φυσικά, όπως κάθε νέα θεωρητική πρόταση, η Υπέρυθρη Βαρύτητα πρέπει να περάσει από εξονυχιστικό έλεγχο. Οι αστρονόμοι θα πρέπει να εξετάσουν αν οι προβλέψεις του Nikolić ταιριάζουν με τις παρατηρήσεις όχι μόνο της περιστροφής των γαλαξιών, αλλά και με τη δομή της Κοσμικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου και τη συμπεριφορά των σμηνών γαλαξιών.
Το σίγουρο είναι ότι το Καθιερωμένο Πρότυπο της Κοσμολογίας δέχεται ισχυρές πιέσεις. Η λύση στο μυστήριο του Σύμπαντος ίσως να μην κρύβεται σε κάποιο φανταστικό σωματίδιο, αλλά στην ίδια την υφή του χώρου και του χρόνου, η οποία είναι πολύ πιο πλούσια και περίπλοκη από όσο φανταζόμασταν. Η βαρύτητα, η πιο οικεία μας δύναμη, φαίνεται πως έχει ακόμη άσσους στο μανίκι της.
