X-Aknák

A Népszabadság január 13-i számában a Sötét anyag helyett erőtér? című cikk jól illusztrálja, hogy a nem kellőképpen átgondolt ismeretterjesztés ugyanazt a befogadási mechanizmust működteti, mint az áltudomány: A tekintélyre és a hiszékenységre apellál Lásd erről e cikk első részét!.

Mindenekelőtt az olvasónak el kell hinnie, hogy “a sötét anyag létezése a galaxisok mozgásából következik. A megfigyelt mozgás magyarázatára nem elégséges a látható, elektromágneses sugárzásokat kibocsátó anyag, további jelentős, a világegyetem tömegének kb. 23 százalékát kitevő tömegre van szükség.” A cikkben nincs utalás arra, hogy a galaxisok milyen mozgásáról van itt szó: Arról, amely a távolodásukat okozza, vagy esetleg valami másról. Csak egy jóval későbbi, hangsúlytalan félmondat utal rá, hogy a világegyetem gyorsuló tágulását nem a sötét anyaggal, hanem a sötét energiával próbálják megmagyarázni, “de egyébként ennek mibenléte is ismeretlen”. De akkor miféle anomális mozgás az, aminek a megmagyarázásához a sötét anyagra van szükség?

Ekkor szól közbe a tekintély: “Glenn Starkman (Case Western Reserve Egyetem, Cleveland) szerint nem kell új,ismeretlen részecskéket keresni, a galaxisok mozgása a ma ismert, látható tömegekkel is leírható, ha ezeknek a testeknek a tömegvonzása nagyobb, mint az a relativitáselméletből következne.” Starkman szerint ehhez csupán egy új, mindeddig ismeretlen erőtér szükséges.

Starkman ezt az erőteret éternek nevezte el, de a Népszabadság cikke nem veti fel a kérdést, miért olyan nevet választott egy új erőtér számára, amely a fizikában már foglalt és ráadásul nem is erőteret, hanem egy hipotetikus közeget jelöl. El kell hinnünk a tekintélynek, hogy ez az éter nem az az éter, de hogy miért, az a cikkből nem derül ki.

A cikkben nem esik szó explicite arról sem, hogy egy új elmélet elfogadásának minimális feltétele az, hogy ne csak abban a problémában bizonyítson, amelynek a megoldására kitalálták (falszifikálhatóság). A cikk utolsó bekezdésében azonban burkolt formában utalás történik erre: “Ha létezik az éter, akkor az befolyásolja az atomórák járását. Az óra járása függene attól, milyen irányba áll az atom az éter-térhez képest, az atom éter- térbeli forgása is kihatna az óra működésére. 2010 táján az Európai Űrügynökség atomórákat küld majd az űrbe. Akkor talán eldől, valóban visszatér-e a fizikába az éter.”

Ezekből a meglehetősen dodonai sorokból azt lehet kiolvasni, hogy Starkman esetleg matematikai úton levezette az elméletéből az “ikerparadoxon mértékét” (a sajátidő függését az órák téridőbeli pályájától) és más képletet kapott rá, mint amit az általános relativitáselméletből ismerünk. Ezzel kapcsolatban utalni kellett volna rá, hogy az einsteini képletet ma már rutinszerűen (és sikeresen) alkalmazzák a GPS-ben, ezért Starkman korrekciójának, ha van, nagyon kicsinek kellene lennie. Az eredeti közleménybenT.G Zlosnik, P.G Ferreira, G.D Starkman: Modifying gravity with the Aether: an alternative to Dark Matter azonban az ikerparadoxonról valójában egyáltalán nincs szó. A szerzők a hipotézisük egyetlen olyan kísérletileg is ellenőrizhető következményére sem mutatnak rá, amelynek alapján az elgondolásukat alátámasztani vagy cáfolni lehetne.

***

Jó dolog, hogy egy széles olvasótáborhoz szóló napilap a tudományos rovatában foglalkozik a sötét anyaggal, mert erről sokat lehet hallani. De ezt lényegesen átgondoltabban kellett volna tennie.

Mindenekelőtt egyértelműen meg kellett volna mondani, hogy a galaxisok forgása (nem pedig az egymástól való távolodása) veti fel azt a lehetőséget, hogy a galaxisok anyagának jelentős része nem figyelhető meg (mert “sötét”). Amikor egy olyan csillag keringését vizsgáljuk egy galaxis centruma körül, amely a centrumtól már jelentős távolságra van, feltehetjük, hogy a mozgása nagyon hasonló egy bolygó Nap körüli keringéséhez, ha a centrális égitest tömegén azoknak az égitesteknek az össztömegét érjük, amelyek a kiszemelt csillagnál közelebb vannak a centrumhoz. A galaxis külső tartományában lévő csillagok esetében ez a tömeg praktikusan megegyezik a galaxis teljes tömegével.

De ha így van, akkor a csillag keringési sebességének ugyanúgy kell függenie a centrumtól mért távolságtól, ahogy egy bolygó keringési sebessége függ a Naprendszer középpontjától mért távolságtól. Kepler 3. törvénye szerint a keringési idő négyzete a centrumtól mért távolság köbével arányos, amelyből nem nehéz belátni, hogy a keringési sebesség a távolsággal csökken, éspedig a távolság négyzetgyökével fordított arányban.

A megfigyelések ezzel szemben azt mutatják, hogy ilyen sebességcsökkenés nincs, a centrumtól elég távoli csillagok keringési sebessége gyakorlatilag állandó. A bolygómozgás analógiája alapján könnyen kikövetkeztethető, hogy ha az egyre nagyobb és nagyobb sugarú gömbökön belül a tömeg nem lenne változatlan, hanem a sugárral arányosan nőne, akkor ez megmagyarázná, miért nem csökken a keringési sebesség a távolsággal. De ilyen tömeget nem látunk. Ha azonban megfordítjuk a következtetés sorrendjét, akkor azt is mondhatjuk, hogy a megfigyelt keringési sebesség eloszlás alapján ennek a tömegnek ott kell lennie, csak éppen nem világít.

Ezzel a gondolatmenettel szemben lehet úgy érvelni, hogy a newtoni gravitáció-elméleten alapul, pedig ma már tudjuk, hogy a gravitáció korrekt elmélete nem ez, hanem az általános relativitáselmélet. De erre lehet az a válasz, hogy az általános relativitáselmélet a bolygómozgáshoz olyan pici korrekciót ad a newtoni gravitáció elmélethez képest, amelyet a csillagok galaxis-centrum körüli keringésében lehetetlen észrevenni, ezért ebben az esetben teljesen jogos a newtoni leírásmód használata.

Lehet, hogy valóban így van, de a természettudományos módszertanban elfogadjuk az “Okkám borotvája” elvet, amely azt követeli, hogy “új létezőket” (sötét anyagot vagy étert) csak végszükség esetén posztuláljunk. Ezen az alapon továbbra is köthetjük az ebet a karóhoz, hogy a “forgó galaxis – bolygórendszer” analógia esetleg mégsem elég szoros ahhoz, hogy az általános relativitáselméletet a newtoni gravitáció elmélettel helyettesítsük.

Két kanadai kutató, F. I. Cooperstock és S. Tieu például úgy érvel, hogy a két eset azért különbözik lényegesen egymástól, mert a bolygórendszerben praktikusan egyedül a Nap gravitációs vonzása számít, a galaxisokban viszont a kölcsönható objektumok egyenrangúak. Ebből az elképzelésből kiindulva olyan rotációs görbéket kaptak (így hívják azokat a grafikonokat, amelyek a csillagok keringési sebességét ábrázolják a centrumtól mért távolság függvényében), amelyek a tapasztalatnak megfelelően nem csökkennek a távolság növekedésével.

Ebben a megközelítésben az a probléma, hogy az általános relativitáselmélet egyenleteit lehetetlen pontosan megoldani egy forgó galaxisra – ezért is nem próbálkozott senki korábban ezzel a megközelítési móddal. Cooperstock és Tieu azonban 2005-ben kitalált egy közelítő eljárást, amit a számításaikban használtak is. Lehet, hogy a módszerük korrekt, de még természetesen ki kell állnia a szakma bírálatát F. I. Cooperstock, S. Tieu: General Relativity Resolves Galactic Rotation Without Exotic Dark Matter.

Ennyit a sötét anyagról. Ezt – mint már szó volt róla – meg kell különböztetni a sötét energiától, amelyre azonban (a Népszabadság-cikk állításával ellentétben) a modern fizikának van egy nagyon természetes jelöltje: A kvantumelméletből jól ismert vákuumenergia. A relativisztikus kozmológia egyenletei ezt az energiát a kozmológiai állandó formájában tartalmazzák. Ahhoz, hogy az Univerzum gyorsulva táguljon, ahogy ma gondoljuk, a kozmológiai állandónak különböznie kell nullától. Azonban hiába tudjuk, hogy egy ilyen állandónak helye van a kozmológiában, mindeddig még senkinek sem sikerült a kvantumelméletből kiindulva elméletileg meghatározni az értékét. Ha ez sikerülne valakinek, az igazi nagy lépés volna az Univerzum teljesebb megértése felé.

***

Úgy gondolom, hogy egy sötét anyagról szóló cikkben ezeket az információkat feltétlenül az olvasó rendelkezésére kellett volna bocsátani. Ilyen keretek között esetleg még Starkman elméletére is ki lehet térni, bár ennek szükségességéről nem vagyok teljesen meggyőződve.