암흑 물질을 부인하는 물리학 자

Mordehai Milgrom은 Weizmann Institute of Science의 사무실에 멈추는 동료에 대해 말했다. Milgrom은 우리에게 그의 친구가 홀 바로 아래에서 일어나는 프로젝트에서 암흑 물질의 증거를 찾고 있다고 말했습니다.

"‘암흑 물질’과‘모드 사람들’은 없습니다.

Milgrom은 수정 된 뉴턴 역학을 언급하면서 자랑스럽게 선포했다. 그의 이론은 뉴턴 물리학을 암흑 물질과 어두운 에너지의 존재를 가정하는 대신, 우주의 표준 모델에 따르면, 우주의 총 질량 에너지 함량의 95.1 %를 구성하는 것입니다.

이 친근한 사건은 ( "Moti") Milgrom의 침착하게 quixotic 성격을 나타냅니다. 뜨거운 이스라엘 여름에는 70 세의 물리학자가 반바지를 입는 것에 대해 거의 오해의 소지가 있습니다. 그의 유쾌한 태도에 대해 아무것도이 사람이 뉴턴 물리학을 바로 잡는 세 번째 사람이라고 주장한다는 것을 보여줍니다. 첫 번째 맥스 플랑크 (Quantum 이론), 아인슈타인 (상대성이 있음), 지금은 Milgrom.

올해는 Weizmann에서 Milgrom의 50 주년을 맞이합니다. 나는 그곳을 방문하여 과학 매버릭이라는 느낌, 토마스 쿤의 과학적 혁명의 구조에 대해 감사하는 것에 대해 더 많이 배우면서 . 그리고 그가 암흑 물질과 암흑 에너지가 존재하지 않는다고 생각하는 이유

당신의 삶을 별의 움직임에 헌신하게 된 이유는 무엇입니까?

나는 물리학이 나를 강타하는 방식을 매우 생생하게 기억합니다. 나는 16 살이었고 나는 생각했다 :여기에 동료들에 대한 이해를 넘어서 일이 어떻게 작동하는지 이해하는 방법이있다. 장기 계획이 아니 었습니다. 매일 매력이었습니다. 나는 다른 사람들이 예술이나 스포츠를 좋아하는 것과 같은 방식으로 물리학을 좋아했습니다. 나는 뉴턴 교정과 같은 큰 발견을하는 것을 꿈꾸지 않았습니다.

나는 학교에서 훌륭한 물리 교사를 가졌지 만 교과서 자료를 공부할 때 거래를 공부하고 있습니다. 당신은 여전히 ​​획기적인 과학을 만드는 노력을 보지 못합니다. 상황이 불분명하고 직관적으로 발전하고 종종 잘못이 발생할 때. 그들은 학교에서 그것을 가르치지 않습니다. 그들은 과학이 항상 앞으로 나아가고 있다고 가르쳐줍니다. 당신은 지식의 몸을 가지고 있으며 누군가가 무언가를 발견하고 그 지식의 몸을 넓 힙니다. 그러나 실제로 그런 식으로 작동하지 않습니다. 과학의 진보는 결코 선형이 아닙니다.

어둠의 문제에 어떻게 관여 했습니까?

박사가 끝날 무렵, 물리 부서는 확장을 원했습니다. 그래서 그들은 3 명의 상위 박사에게 물었습니다. 입자 물리학을 연구하여 새로운 분야를 선택합니다. 우리는 천체 물리학을 선택했고, Weizmann Institute는 해외 기관들과 일부 문자열을 뽑아서 박사 후 우리를 받아 들였습니다. 그래서 나는 천체 물리학의 격차를 메우기 위해 코넬에 갔다.

우주에서 X- 선 방사선의 물리학을 연구 한 고 에너지 천체 물리학에서 몇 년 후, 나는 또 다른 분야, 즉 은하의 역학으로 이동하기로 결정했습니다. 나선형 은하를 궤도로 바꾸는 별의 속도에 대한 첫 번째 상세한 측정이 몇 년이 지났는데, 측정에 문제가있었습니다.

이 문제를 이해하려면 천상의 회전으로 머리를 감아 야합니다. 우리의 행성은 태양을 공전하며, 이는 은하계 은하의 중심을 궤도에 올립니다. 태양계 내에서 태양의 질량과 행성의 속도에서 중력을 끌어 당기는 것이 균형을 이룹니다. 뉴턴의 법칙에 따르면, 우리 태양계의 가장 안쪽 행성 인 머큐리는 시간당 100,000 마일 이상의 태양을 궤도로 끄는 반면, 가장 바깥 쪽 식물 인 해왕성은 시간당 10,000 마일 이상으로 기어 다니고 있습니다.

이제, 당신은 동일한 논리가 은하에 적용될 것이라고 가정 할 수 있습니다. 별이 갤럭시의 중심에서 멀어 질수록 느리게 진행됩니다. 그러나 더 작은 반경에서는 뉴턴 물리학에 의해 예측 된대로 측정 값은 더 먼 별은 우리 가이 은하에서 볼 수있는 덩어리의 중력 당김에서 예측 된 것보다 훨씬 빠르게 움직이는 것으로 판명되었습니다. 1970 년대 후반에 무선 망원경이 은하 외곽에서 차가운 가스 구름을 감지하고 측정 할 수 있었을 때 관찰 된 간격이 훨씬 넓어졌습니다. 이 구름은 은하 센터를 별보다 5 배 더 멀리 궤도로 궤도로 궤도에 올랐으며, 따라서 이상은 주요 과학적 퍼즐로 자랐습니다.

이 퍼즐을 해결하는 한 가지 방법은 단순히 더 많은 물질을 추가하는 것입니다. 별과 가스의 속도를 설명하기에는 은하의 중심에 눈에 보이는 질량이 너무 적다면, 아마도 눈을 맞추는 것보다 더 많은 문제가있을 것입니다.

당신이 암흑 물질의 존재에 처음으로 의문을 제기 한 이유는 무엇입니까?

저를 강타한 것은 변칙의 규칙 성이었습니다. 회전 속도는 예상보다 크지 않고 반경으로 일정하게되었습니다. 왜? 물론, 암흑 물질이 있으면 별의 속도가 더 커질 것이지만 회전 곡선은 반경의 함수로 그려진 회전 속도가 분포에 따라 여전히 위아래로 올라갈 수 있습니다. 그러나 그들은하지 않았습니다. 그것은 정말로 나를 이상하게 강타했습니다. 그래서 1980 년에 나는 프린스턴의 사전 연구 연구소에서 다음과 같은 직감을 가지고 안식일을 갔다. 회전 속도가 일정하다면 아마도 우리는 새로운 자연 법칙을보고있을 것이다. Newtonian Physics가 고정 곡선을 예측할 수 없다면, 아마도 우리는 측정에 맞게 완전히 새로운 클래스의 물질을 구성하는 대신 Newton을 수정해야 할 것입니다.

우리 자신의 태양계에서 잘 작동하는 자연의 법칙을 바꾸려면 태양계를 은하계와 차별화하는 속성을 찾아야합니다. 그래서 나는 크기, 질량, 회전 속도 등과 같은 다른 특성의 차트를 구성합니다. 각 매개 변수에 대해 지구, 태양계 및 일부 은하에 넣습니다. 예를 들어, 은하는 태양계보다 크기 때문에 뉴턴의 법칙은 먼 거리에서 작동하지 않습니까? 그러나 이것이 사실이라면, 당신은 더 큰 은하에서 회전 이상이 더 커질 것으로 예상되는 반면, 실제로는 그렇지 않습니다. 그래서 나는 그것을 넘어서 다음 속성으로 옮겼습니다.

나는 마침내 금을 가속으로 쳤다 :물체의 속도가 변하는 속도.

우리는 보통 같은 방향으로 가속하는 지구 바운드 차량을 생각하지만, 회전 목마를 상상해보십시오. 당신은 서클에 들어가고 여전히 가속화 될 수 있습니다. 그렇지 않으면, 당신은 단순히 떨어질 것입니다. Celestial Merry-Go 라운드도 마찬가지입니다. 그리고 가속에서 우리는 척도에서 큰 차이를 발견하는 것입니다. 뉴턴 수정을 정당화하는 것 :은하의 중심을 공전하는 별의 정상적인 가속도는 태양을 공전하는 지구보다 약 1 억 백만 배 더 작습니다.

이러한 작은 가속을 위해 Mond는 새로운 자연의 상수를 소개합니다. ₀ . 고등학교에서 물리학을 공부했다면 아마도 Newton의 두 번째 법칙을 기억할 것입니다. = ma . 이것은 a 보다 훨씬 큰 가속화를 다룰 때 완벽하게 좋은 도구입니다. ₀ , 우리의 태양 주위의 행성과 같은, 나는 은하 중심 주위의 태양보다 훨씬 낮은 가속도에서 힘이 가속의 제곱에 비례하여, 또는 f 라고 제안했다. = ma / a ₀ .

다시 말해서, 뉴턴의 법칙에 따르면, 은하 센터 주변의 별의 회전 속도는 별이 질량 중심에서 멀어 질수록 줄어 듭니다. mond가 정확하다면, 그것은 일정한 가치에 도달해야하므로 암흑 물질의 필요성을 제거해야합니다.

프린스턴의 동료들은이 모든 것에 대해 어떻게 생각 했습니까?

나는 이러한 생각을 프린스턴의 동료들과 공유하지 않았습니다. 나는 미친 것처럼, 만난다는 것을 두려워했다. 그리고 1981 년에 이미 Mond에 대한 명확한 아이디어를 가지고 있었을 때, 나는 누군가가 내 마차를 뛰어 넘기를 원하지 않았습니다. 말할 것도없이 [ 웃음 ] 내가 필사적으로 그들을 원했을 때도 아무도 내 마차에 뛰어 들지 않았다.

글쎄, 당신은 35 세 였고 당신은 뉴턴을 고치라고 제안했습니다.

왜 안 돼? 큰 문제는 무엇입니까? 작동하지 않으면 해결하십시오. 나는 대담하려고하지 않았다. 나는 당시 매우 순진했다. 나는 과학자들이 컨벤션과 관심사로 다른 사람들만큼 흔들리고 있다는 것을 이해하지 못했습니다.

토마스 쿤 (Thomas Kuhn)의 과학 혁명의 구조 .

나는 그 책을 좋아한다. 나는 그것을 여러 번 읽었습니다. 그것은 내 인생의 이야기가 역사 전반에 걸쳐 다른 많은 과학자들에게 어떻게 일어 났는지 보여주었습니다. 물론, 한 번 우리가 지금 알고있는 것에 반대 한 사람들을 즐겁게하는 것은 쉽지만 우리는 다른 것이 있습니까? Kuhn 은이 반대자들이 일반적으로 반대해야 할 좋은 이유가있는 훌륭한 과학자라고 강조합니다. 반대자들은 일반적으로 대부분의 다른 사람들이 공유하지 않는 것들에 대한 독특한 관점을 가지고 있다는 것입니다. 나는 Mond가 그런 진전을 이루었 기 때문에 지금 그것에 대해 웃고 있었지만 우울하고 고립 된 것을 느꼈을 때가있었습니다.

과학 매버릭이되는 것은 어떻습니까?

전반적으로, 지난 35 년 동안 나는 매버릭 패러다임을 옹호했기 때문에 정확히 흥미롭고 보람이있었습니다. 나는 본질적으로 외로움을 느끼고, 어려움과 의심의 시간에도 불구하고, 나는 이것을 일반적인 흐름으로 수행하는 것보다 훨씬 선호합니다. 나는 처음부터 Mond의 기본 유효성에 대해 확신을 가지고 있었는데,이 모든 것을 보폭으로 가져가는 데 많은 도움이되었지만 Mond에 대한 반대에 대한 두 가지 큰 장점이 있습니다. 첫째, 그것은 Mond에 더 많은 기여를 할 시간을주었습니다. 둘째, 일단 mond가 받아 들여지면, 길고 넓은 저항은 그것이 얼마나 사소한 아이디어인지 증명했을 것입니다.

프린스턴에서 안식일이 끝날 무렵, 나는 세계에 mond를 소개하는 세 가지 논문을 비밀리에 썼습니다. 그러나 그것들을 게시하는 것은 완전히 다른 이야기였습니다. 처음에 나는 커널 용지를 nature 와 같은 저널에 보냈습니다. 및 천체 물리학 저널 문자 그리고 거의 손을 거절했습니다. 세 가지 논문이 모두 나란히 출판 될 때까지 Astrophysical Journal .

Mond에 대해 처음으로 듣는 사람은 내 아내 Yvonne이었습니다. 솔직히 말하면 눈물이 내 눈에옵니다. 이본은 과학자가 아니지만 그녀는 나의 가장 큰 지지자였습니다.

Mond의 첫 번째 과학자는 또 다른 물리학 Maverick이었습니다. Jacob Bekenstein 교수는 Black Holes가 잘 정의 된 엔트로피를 가져야한다고 제안한 첫 번째 사람은 나중에 Bekenstein-Hawking Entropy라고 불렀습니다. 초기 Mond Trilogy를 제출 한 후, 나는 몇몇 천체 물리학 자에게 전 프리 인트를 보냈지 만 Jacob은 내가 Mond와 논의한 최초의 과학자였습니다. 그는 처음부터 열정적이고 격려했다.

천천히 그러나 확실하게,이 암흑 물질에 대한이 작은 반대는 단지 두 물리학 자에서 수백 명의 지지자, 또는 적어도 Mond를 진지하게 받아들이는 과학자들까지 자랐습니다. 암흑 물질은 여전히 ​​과학적 합의이지만, Mond는 이제 황제에게 옷이 없다고 선언하는 강력한 상대입니다. 암흑 물질은 우리 세대의 에테르입니다.

그래서 무슨 일이 있었나요? 암흑 물질에 관한 한, 실제로는 없습니다. 대형 Hadron Collider, 많은 지하 실험 및 여러 우주 임무를 포함하여 암흑 물질을 검색하는 수많은 실험이 그 존재를 직접 관찰하지 못했습니다. 한편, Mond는 점점 더 많은 나선 은하의 회전을 정확하게 예측할 수있었습니다.

그들 모두? 일부 논문은 Mond가 특정 은하의 역학을 예측할 수 없다고 주장합니다.

Mond의 예측은 측정을 기반으로하기 때문에 사실이며 완벽하게 괜찮습니다. Mond는 규칙적이고 가시적 인 물질의 분포를 고려할 때 은하의 역학을 예측할 수 있습니다. 그러나 그 예측은 초기 측정을 기반으로합니다. 우리는 질량을 계산하기 위해 은하에서 들어오는 빛을 측정하지만, 그 은하와의 거리를 확실히 알지 못하므로 은하가 실제로 얼마나 큰지 확실하지 않습니다. 그리고 분자 가스와 같은 다른 변수는 전혀 관찰 할 수 없습니다. 그렇습니다. 일부 은하는 Mond의 예측과 완벽하게 일치하지 않지만 대체로 Mondies를 계속해서 증명하기에 충분한 데이터가 있다는 것은 거의 기적입니다.

당신의 반대자들은 Mond의 가장 큰 결함이 상대 론적 물리학과의 비 호환성이라고 말합니다.

2004 년 Bekenstein은 그의 Teves 또는 Mond에 대한 상대 론적 중력 이론을 제안했습니다. 그 이후로, Bimetric Mond 또는 Bimond라고 불리는 나에 의해 하나를 포함하여 몇 가지 상대 론적 Mond 제형이 제시되었습니다.

따라서 아인슈타인 물리학에 mond를 통합하는 것은 더 이상 도전이 아닙니다. 나는이 진술이 여전히 이루어졌지만, 지난 10 년간의 발전과 함께 다른 사람들을 앵무새하는 사람들로부터 만 들었습니다. Mond에는 몇 가지 상대 론적 버전이 있습니다. 여전히 도전이 남아있는 것은 Mond가 우주론의 질량 이상을 설명 할 수 있음을 보여주는 것입니다.

우주 학자들이 종종하는 또 다른 주장은 은하 내에서의 움직임뿐만 아니라 더 큰 규모로 암흑 물질이 필요하다는 것입니다. Mond는 그것에 대해 무엇을 말해야합니까?

빅뱅 이론에 따르면, 우주는 138 억 년 전에 균일 한 특이점으로 시작되었습니다. 그리고 은하에서와 마찬가지로 초기 우주에서 우주적 배경 방사선에 대한 관찰은 우주의 모든 문제의 중력이 단지 138 억 년 만에 은하와 별과 같이 현재보고있는 다양한 패턴을 형성하기에 충분하지 않다는 것을 시사합니다. 다시 한번, 암흑 물질은 구조에 부름을 받았다. 방사선을 방출하지는 않지만 가시적 인 재료에 중력과 관련이있다. 그래서 1980 년대부터 시작하여 새로운 우주의 교리는 암흑 물질이 우주의 모든 물질의 95 %를 엄청나게 구성했다는 것이었다. 1998 년 폭탄이 우리를 때릴 때까지 바로 지속되었습니다.

우주의 확장은 우리 모두가 원래 생각한 것처럼 감속하지 않고 가속화되고 있음이 밝혀졌습니다. 어둡지 않든 아니든 모든 형태의 진정한 문제는 가속을 늦추어야합니다. 그래서 완전히 새로운 유형의 실체가 발명되었습니다 :암흑 에너지. 이제 받아 들여진 우주론은 우주가 70 %의 암흑 에너지, 25 % 암흑 물질 및 5 % 규칙적인 물질로 구성된다는 것입니다.

그러나 암흑 에너지는 단지 빠른 수정이며 암흑 물질과 동일합니다. 그리고 은하에서와 마찬가지로 완전히 새로운 유형의 에너지를 발명 한 다음 몇 년 동안 그 속성을 이해하려고 노력하거나 이론을 고치려고 시도 할 수 있습니다.

무엇보다도 Mond는 은하와 우주론의 구조와 역학 사이의 매우 깊은 연결을 지적합니다. 이것은 허용 된 물리학에서는 예상되지 않습니다. 은하는 우주의 대규모 구조물이며, 이러한 구조는 현재의 우주론 적 합의와 모순되지 않고 다르게 행동 할 수 있습니다. 그러나 Mond는이 연결을 생성하여 둘을 묶습니다.

이 연결은 놀랍습니다. 어떤 이유로 든 a 의 Mond 상수 ₀ 우주 자체를 특징 짓는 가속도에 가깝습니다. 사실, Mond의 상수는 우주 반경으로 나뉘어 진 빛의 속도와 같습니다.

따라서 실제로, 당신의 질문에, 수수께끼는 현재 유효합니다. Mond는 아직 충분한 우주론을 가지고 있지는 않지만 우리는 그것에 대해 노력하고 있습니다. 그리고 일단 우리가 Mond를 완전히 이해하면, 우리는 우주의 확장을 완전히 이해하고 그 반대도 마찬가지입니다. 새로운 우주론 이론은 Mond를 설명 할 것입니다. 놀랍지 않습니까?

양자 역학과 함께 제안 된 통일 된 물리 이론에 대해 어떻게 생각하십니까?

이 모든 것은“진공 효과로서의 Mond”에 관한 나의 1999 년 논문으로 되돌아 갔다. 여기서 우리와 같은 우주의 양자 진공은 은하 내에서 mond 행동을 일으킬 수 있으며, 우주 론적 상수가 Mond Acceleration Constant, a 의 모드 상수가 나타날 수 있음을 지적했다. ₀ . 그러나 나는 이러한 제안들이 전통적인 Mond 커뮤니티 외부의 사람들에 의해 만들어 졌기 때문에 이러한 제안이 제시된 것을보고 크게 만족합니다. 다른 배경의 연구자들이 Mond에 관심을 갖고 그 기원에 대한 우리의 이해를 더욱 이해하기 위해 새로운 아이디어를 가져 오는 것이 매우 중요합니다.