Egy új részecske nem oldja fel a sötét anyagot

Nincs hiány vitákban a sötét anyag természetéről, egy titokzatos anyagról, amely sokak szerint az univerzum teljes tömegének nagy részét teszi ki, annak ellenére, hogy közvetlenül soha nem figyelték meg. Most egyesek úgy vélik, hogy Landauer elve, amely az információ fizikai természetét diktálja, megdöbbentő lehetőséget vet fel: maga a sötét anyag is lehet információ – írja Melvin Vopson.

A modern fizika egyik legnagyobb érdekessége a „sötét anyag” néven ismert titokzatos anyag természete. Általánosan elfogadott, hogy az univerzum összetételének körülbelül 5%-a barionokból álló közönséges (barionos) anyag – ez a szubatomi részecskék, például protonok, neutronok és elektronok, 27%-a sötét anyag és az univerzum 68%-a barionokból álló gyűjtőfogalma. valami még rejtélyesebb, az úgynevezett “sötét energia”. A normál anyaggal ellentétben a sötét anyag nem lép kölcsönhatásba az elektromágneses erővel. Ez azt jelenti, hogy nem nyeli el, nem veri vissza és nem bocsát ki fényt, így rendkívül nehéz észrevenni.




AJÁNLOTT OLVASÁS
Végtelen: a kérdésre a kozmológia nem tud válaszolni
Írta: PeterCameron

A sötét anyagot először az 1920-as években javasolták a csillagok sebességében megfigyelt anomáliák magyarázatára, majd az 1930-as években, amikor Fritz Zwicky svájci csillagász eltérést észlelt a látható anyag tömege és egy galaxishalmaz számított tömege között. valamint a galaxishalmaz mozgása közötti eltérés túl gyors volt ahhoz, hogy egyedül a látható anyag gravitációs vonzása tartsa fenn. Zwicky dunkle ennek a gravitációs anomáliának a létezését Anyagnak nevezte „sötét anyagnak”. A sötét anyag létezésére vonatkozó legerősebb tudományos bizonyítékot azonban az 1970-es években Vera Rubin amerikai csillagász munkája támasztotta alá, aki kimutatta, hogy a spirálgalaxisok túl gyorsan forognak a jelen lévő látható anyag mennyiségéhez képest. Rubin és Zwicky is megfigyeltek valamit, ami felerősíti ezeken a galaxisokon a gravitációs vonzást.

Az 1970-es évek fő megfigyelési bizonyítékai a galaxisok forgási görbéinek kutatásából származtak. A galaxisok forgási görbéinek tanulmányozásával a galaxisok kinematikája tanulmányozható, tömegük megbecsülhető. A gázból és csillagokból álló forgó korong keringési sebessége várhatóan betartja Kepler második törvényét, így a forgási sebességeknek a középponttól való távolsággal kell csökkenniük. A kísérleti megfigyelések azt mutatják, hogy a galaxisok forgási görbéi laposak maradnak a középponttól való távolság növekedésével. Mivel a vártnál nagyobb a gravitáció, ha csak egy galaxis megfigyelt fény/barion anyaga lenne jelen, a lapos forgási sebességgörbék erősen jelzik, hogy van valami más, az úgynevezett sötét anyag.

Vopson diagram 2

Egy spirálgalaxis előrejelzett és megfigyelt galaxisforgási görbéje. Sötét anyagra van szükség a „lapos” forgási sebességgörbe magyarázatához, még olyan csillagok esetében is, amelyek nagyon távol vannak a galaktikus középpontjától. Hitel: www.resonance.is

Míg a sötét anyag létezése széles körben elfogadott, a tudósok jelentős közössége olyan alternatív magyarázatokon dolgozik, amelyekhez egyáltalán nincs szükség a sötét anyag létezésére. Ennek érdekében számos elméleti megközelítés létezik, többnyire a meglévő elméletek módosításával, mint például a módosított newtoni dinamika, a módosított általános relativitáselmélet, az entrópikus gravitáció és a tenzor-vektor-skaláris gravitáció, hogy csak néhányat említsünk.

___

Egyesek szerint az „információ” az anyag 5. halmazállapota a szilárd, folyékony, gáz és plazma mellett, és valószínűleg az anyag uralkodó formája a világegyetemben.

___

A legtöbb fizikus manapság különféle módokon próbálja azonosítani a sötét anyag természetét, de a konszenzus az, hogy a sötét anyag főként egy fel nem fedezett szubatomi részecskéből áll. Sajnos eddig minden kísérlet a sötét anyag elkülönítésére vagy kimutatására kudarcot vallott.

Megmagyarázható-e a „sötét anyag” rejtélye egy teljesen új, információfizikán alapuló megközelítéssel?

Az információfizika területe abból az elvből ered, hogy az információ fizikai, az információt fizikai rendszerek rögzítik, és minden fizikai rendszer képes információt rögzíteni. A fizika és az információ kölcsönhatása az 1920-as évek vége óta tudományos vita tárgya. Leo Szilard elemezte az információ és a fizikai folyamatok kapcsolatát, bebizonyította, hogy egy rendszerre vonatkozó információ diktálja az evolúció lehetséges útjait, és elegáns megoldást kínált Maxwell híres Démon-paradoxonára. Az univerzum információtartalmával több tanulmányban is foglalkoztak, például Stephen Hawking, Jacob David Bekenstein és Seth Lloyd az 1970-es évek végére nyúlik vissza, majd egy 2021-es tanulmányban.

___

A legerősebb tudományos érv a sötét anyag létezése mellett az 1970-es években született Vera Rubin amerikai csillagász munkásságával, aki kimutatta, hogy a spirálgalaxisok túl gyorsan forognak a jelen lévő látható anyag mennyiségéhez képest.

___

A digitális számítógépek, a digitális technológiák és a digitális adattárolás megjelenésével az információfizika témaköre új korszakba lépett, kezdve Brillouin 1953-ban és Landauer 1961-es úttörő információfizikai munkájával. Mindkettő megmutatta, hogy az információ nem csupán matematikai tény. . konstrukció, de ez fizikai. Kísérleti megerősítése után Landauer elvét, amely meghatározza az információ fizikai természetét, a tudományos közösség széles körben elfogadja.

2019-ben javasolták a Landauer-elv, a tömegenergia-információ (MEI) egyenértékűségi elvének kiterjesztését. A MEI ekvivalencia elve kimondja, hogy ha az információ egyenlő az energiával, Landauer szerint, és ha az energia egyenlő a tömeggel, Einstein speciális relativitáselmélete szerint, akkor a tömeg, az energia és az információ hármasának is egyenértékűnek kell lennie. A MEI ekvivalencia elve szerint egy kis információnak kis tömegűnek kell lennie, ha az információ egyensúlyban van tárolva. Az információs bit tehát egy skaláris bozonrészecske jellemzőivel rendelkezik, nincs töltés, nincs spin, nincs más tulajdonsága, mint a tömeg/energia. Egy ilyen információs részecske csak gravitációs kölcsönhatásokon keresztül mutatná meg jelenlétét, de lehetetlen lenne észlelni, mert nem lépne kölcsönhatásba az elektromágneses sugárzással. Valójában ezek a megfoghatatlan “sötét anyag” jellemzői, amelynek jelenlétére csak a gravitációs kölcsönhatásokból lehet következtetni, de soha nem figyelték meg vagy nem észlelték.

Emiatt egyesek azt a radikális elképzelést javasolták, hogy az információ lehet a hiányzó sötét anyag az univerzumban, és azt is feltételezték, hogy az „információ” az 5.e az anyag halmazállapota a szilárd, folyékony, gáz és plazma mentén, és valószínűleg az anyag domináns formája a világegyetemben.

Vopson diagram 1

A világegyetem digitális tervének művészi megjelenítése. Ingyenesen engedélyezett fotó a Pixabay.com webhelyről


20 07 30.ekeberg.ata

AJÁNLOTT OLVASÁS
A kozmológia válságban
Írta: Bjorn Ekeberg

Feltételezve, hogy az univerzum állandó középhőmérséklete T = 2,73 K (a kozmikus mikrohullámú háttér hőmérséklete), és anélkül, hogy figyelembe vennénk, hol található ez az információtömeg a téridőben, egy durva becslés azt mutatja, hogy összesen ~52 × 1093 a látható univerzumban lévő információ bitek elegendőek lennének az összes hiányzó sötét anyag magyarázatához. Ez egy elképesztő lehetőséget vet fel: hogy a sötét anyag maga is információ lehet.

Bár a javasolt elméletnek vannak spekulatív vonatkozásai, megvan az az érdeme, hogy laboratóriumi körülmények között ellenőrizhető. Valójában 2022 márciusában már javasoltak egy új kísérletet, és a közelmúltban létrehozták a világ első Információs Fizikai Intézetét (IPI), hogy támogassa ezeket a tanulmányokat és a Portsmouthi Egyetemen végzett kísérleti erőfeszítéseket adománygyűjtésen és együttműködési kutatásokon keresztül. A remény az, hogy az IPI kezdeményezés és az információfizikai kutatások területe hamarosan olyan fontos eredményeket hoz, amelyek elősegítik az univerzum és annak irányadó törvényeinek megértését.

Hivatkozások

JC Kapteyn, Első kísérlet a sziderális rendszer elrendezésének és mozgásának elméletére, Astrophysical Journal, 55: 302-327 (1922).

F. Zwicky, Die Rotverschiebung von extragalaktischen Nebeln. Helv. Fizikai. Acta 6, 110-127 (1933).

S. Smith, A Szűz-halmaz tömege, Asztrofizika. J. 83, 23-30 (1936).

E. Holmberg, A kettős és többszörös galaxisok tanulmányozása néhány gyakori metagalaktikus probléma vizsgálatával, Ann. Lund Observatory 6, 3–173 (1937).

KC Freeman, A spirál- és S0-galaxisok korongjain, The Astrophysical Journal. 160, 811-830 (1970)].

VC Rubin, W. K. Ford, Rotation of the Andromeda Nebula from a spectroscopic survey of emission regions, The Astrophysical Journal, 159: 379-403 (1970).

v. Rubin, WK Ford, N. Thonnard, 21 Sc galaxis forgási tulajdonságai széles fényerő- és sugár-tartományban az NGC 4605-től (R = 4 kpc) az UGC 2885-ig (R = 122 kpc), The Astrophysical Journal. 238, 471 (1980)].

E. Corbelli, P. Salucci, Az M33 kiterjesztett forgási görbéje és a sötét anyag halója, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 311 (2): 441-447 (2000)

L. Szilard, Zeitschrift fur Physik, vol. 53, 840-856 (1929).

J. D. Bekenstein, Phys. Rev D, vol. 7, 8. szám, 2333 (1973).

SW Hawking, Commun. Math. Fizikai. 43, 199 (1975).

PCW Davies, WH Zurek (szerk.), Complexity, Entropy, and the Physics of Information, Addison Wesley, Redwood City, 61. oldal. (1990)

JA Wheeler, WH Zurek (szerk.): Komplexitás, entrópia és az információ fizikája, Addison Wesley, Redwood City, 3. oldal (1990).

S. Lloyd, Phys. Rev. Lett. 88, 237901 (2002).

MM Vopson, AIP Advances, 11:10,105317 (2021).

L. Brillouin, J. Appl. Fizikai. 24, 1152-1163 (1953).

R. Landauer, IBM Journal of Research and Development, 5(3): 183–191, (1961).

J. Hong, B. Lambson, S. Dhuey, J. Bokor, Scientific Advances. 2. (3) bekezdése (2016).

G. Rocco, B. Enrique, M. Satoru, Herre van der Zant, L. Fernando, Natural Physics, 14: 565-568 (2018).

A. Bérut, A. Arakelyan, A. Petrosyan, S. Ciliberto, R. Dillenschneider, E. Lutz, Nature, 483, 187-189 (2012).

Y. Jun, M. Gavrilov, J. Bechhoefer, Physical Review Letters, 113 (19) 190601 (2014).

M. M. Vopson, AIP Adv. 9:9, 095206 (2019).

MM Vopson, AIP Advances, 12:3, 035311 (2022).

Leave a Comment

%d bloggers like this: