نظریه MOND ؛ شبیهسازی جهان و قوانین نیوتن
نظریه MOND ؛ شبیهسازی جهانی که قوانین نیوتن فقط به‌طور جزئی در آن معتبر است
محققان برای اولین بار شکل‌گیری کهکشان ها در جهانی بدون ماده تاریک را شبیهسازی کرده‌اند. در عوض آنها برای تکثیر این فرآیند در کامپیوتر ، قوانین گرانش نیوتن را اصلاح کرده‌اند. کهکشان هایی که در محاسبات کامپیوتری ایجاد شده‌اند مشابه مواردی است که در واقع می‌بینیم. به گفته دانشمندان ، فرضیات آنها می‌تواند بسیاری از اسرار کیهان شناسی مدرن را برطرف کند.
برای اولین بار محققان دانشگاه های بن و استراسبورگ شکل‌گیری کهکشان ها را در جهان بدون ماده تاریک شبیه سازی کرده اند. نتایج این پژوهش در مجله Astrophysical Journal منتشر شده است .
امروزه کیهان شناسان تصور می‌کنند که ماده بصورت کامل به طور برابر و یکدست پس از بیگ بنگ توزیع نشده است. مکان‌های متراکم، تر به دلیل نیروی گرانشی قوی تر ، مواد را بیشتر از محیط اطراف خود جذب می‌کنند. در طی چند میلیارد سال ، این انباشت‌های گاز، در نهایت کهکشان هایی را که امروز می‌بینیم تشکیل دادند.ماده مهم این نظریه ، به اصطلاح ماده تاریک است.
از یک طرف گفته می شود که مسئولیت توزیع ناهموار اولیه است که منجر به جمع شدن ابرهای گازی شد. همچنین برخی مشاهدات مبهم و پیچیده را توضیح می‌دهد. به عنوان مثال ، ستاره های کهکشان های در حال چرخش ، اغلب آنقدر سریع حرکت می کنند که در واقع باید از ثبات خارج شوند.
به نظر می رسد که یک منبع اضافی در کهکشان ها وجود دارد که مانع این اتفاق می شود – نوعی “بَتونه ستاره” که با تلسکوپ ها قابل دیدن نیست: ماده تاریک.
با این حال ، هنوز اثبات (شواهد تایید کننده) مستقیمی از وجود آن در دست نیست. پروفسور دکتر پاول کروپا از انستیتوی فیزیک هسته ای هلم‌هولتز در دانشگاه بن و مؤسسه نجوم دانشگاه چارلز در پراگ توضیح می‌دهد: “شاید نیروهای گرانشی به سادگی رفتار متفاوتی با آنچه که قبلاً تصور می‌شد ،داشته باشند.”
نظریه MOND
نظریه MOND (مخفف MOdified Newtonian Dynamics) توسط فیزیکدان پروفسور میلگروم کشف شد. طبق این نظریه ، جاذبهٔ بین دو توده فقط تا یک نقطه خاص از قوانین نیوتن پیروی می‌کند و در شتاب‌های بسیار کم ، همانطور که در کهکشان ها اتفاق می‌افتد ، به طور قابل توجهی قوی‌تر می‌شود. به همین دلیل است کهکشان ها در نتیجه سرعت چرخش آنها از هم جدا نمی‌شوند.
نتایج نزدیک به واقعیت”نیل ویتنبرگ” ، دانشجوی دکتر کروپا می گوید: “با همکاری دکتر بنوات فامایی در استراسبورگ ، ما برای اولین بار اینکه آیا کهکشان ها بر اساس مدل جهان MOND شکل می‌گیرند را شبیهسازی کرده‌ایم.”
وی برای این کار از یک برنامه کامپیوتری برای محاسبات گرانشی پیچیده استفاده کرد که در گروه کروپا تهیه شده است. زیرا طبق نظریه MOND ، جاذبه یک جسم نه تنها به توده خود ، بلکه به سایر اشیاء در مجاورت آن نیز بستگی دارد.دانشمندان سپس از این نرم افزار برای شبیهسازی تشکیل ستارگان و کهکشان ها استفاده کردند و از یک ابر گازی چند صد هزار سال پس از بیگ بنگ شروع کردند.
سازگاری با مشاهدات
کروپا توضیح می دهد: از بسیاری جنبه ها ، نتایج ما به طرز چشمگیری نزدیک به چیزی است که در واقع با تلسکوپ ها مشاهده می کنیم”. به عنوان مثال ، توزیع و سرعت ستاره ها در کهکشان های ساخته شده در کامپیوتر از همان الگویی که در آسمان شب دیده می شود پیروی می‌کنند.
او می گوید: “علاوه بر این ، شبیهسازی ما بیشتر منجر به ایجاد کهکشان های چرخشی دیسکی، مثل کهکشان راه شیری و تقریباً همه کهکشان های بزرگ دیگری که می‌شناسیم شده است. از سوی دیگر ، شبیهسازی ماده تاریک ، عمدتا کهکشان هایی را بدون دیسک های مادی مجزا ایجاد می‌کند – اختلاف با مشاهدات – که توضیح آن دشوار است.”
محاسبات مبتنی بر وجود ماده تاریک نیز نسبت به تغییرات پارامترهای خاص بسیار حساس هستند ،مثل فراوانی ابرنواختر ها و تأثیر آنها بر توزیع ماده در کهکشانها. در شبیه سازی MOND ،این عوامل به سختی نقشی نداشتند.(یعنی سازگاری بهتری با این متغیرها داشت)با این حال ، این نتایج که به تازگی از بن ، پراگ و استراسبورگ منتشر شده از همه لحاظ با واقعیت مطابقت ندارد.
کروپا تأکید می کند: “شبیه سازی ما تنها نخستین گام است.به عنوان مثال ، دانشمندان تاکنون فقط فرضیات بسیار ساده ای درباره توزیع اصلی ماده و شرایط موجود در کیهان جوان ارائه داده اند. ما اکنون باید محاسبات را تکرار کنیم و فاکتورهای تأثیرگذار پیچیده تری را در نظر بگیریم. سپس خواهیم دید که آیا تئوری MOND واقعیت را توضیح می‌دهد یا خیر.”
برگردان: آرین رسولی کیهان شناس – پژوهشگر فلسفه
7فوریه2020
منابع:
https://arxiv.org/abs/2002.01941
تصاویر شبیهسازی و خبر
