Tumeaine on mateeria, millel paistab gravitatsioon kuid mis ei erita ega murra elektromagnetkiirguse spektrisse jäävaid laineid nagu näiteks vikerkaare tekke puhul kui valgus läbib eri tihedusega ruumi ja eri lainepikkuse liiguvad edasi eri nurkade all.
Tumeaine olemasolu on kaudselt oletatud valguse gravitatsioonilise kõverdumise ja teleskoopidega nähtavate taevakehade vähese arvutusliku gravitatsiooni järgi.
Friedmanni arvutustega saadi ülaloleval pildil illustreeritud numbrid milel ärgi moodustab nähtava universumi massist-energiast 23% tumeaine ja aatomid 4,6%. Jättes kõrvale tumeenergia moodustab 83% universumi massist tumeaine ja 17% tavamateeria.
Väike osa tumeainest võib olla prootonitest ja neutronitest koosnev mateeria, mis ei kiirga tuvastatavaid elektromagnetlaineid kuid enamus tumeainest paistab nendest osakestest mittekoosnevana ning laenguta mateeriana.
Mustad augud võivad tumeainele panustada kuid nende proportsiooni kogu tumeainest peetakse väikseks.
Esimest korda oletati tumeaine olemasolu 1933. aastal, kui Fritz Zwicky teatas, et 321 valgusaasta kaugusel oleva 1000 galaktikaga klastri tiirlemiskiirus oli liiga suur, et nähtavad tähed saaks oma gravitatsiooniga seda sellise kiirusega koos hoida. Vajalik mass paistis 400 korda suurem nähtud massist.
Spiraalgalaktikad pöörlevad universumis umbes sama kiirusega ning paistab, et üle 50% nende massist ei ole otseselt tuvastatav.
Tumeaine all oli pakutud palju hüpoteetilisi osakesi, mille olemasolu pole tõestatud või mille tuvastusmeetodid ei paista kindlad (näiteks tõestamine otsides teleskoobiga kauge piirkonna gammakiirgust).
Laenguta ja harva mateeriale mõju avaldavad neutriinod on ühed vähesed tumeaine alla liigitatud osakesed (ainsad standardmudeliga seostatud osakesed, mida üldse leidsin tumeainega seoses). Nende kiirus võib olla vähemalt 95% valguse kiirusest. Nende mass on vähemalt 100 000 korda väiksem elektroni massist. Need on mõjutatud gravitatsiooni poolt ja erandlikult võivad need nõrga tuumajõuga mõjutada aatomi tuumasid kuid selleks peaks nad tuumaga otse kokku põrkama. Nende massi ülempiiriks on ~50 eV/ c2 , mis oleks üle 10 000 korra vähem elektroni massist kuid selle maksimaalse massi puhul oli piiriks see, et sellise keskmise neutriino massi puhul peaks universum nende gravitatsiooni tõttu kokku varisema kuna need on ühed tavalisemad osakesed universumis. Nende reaalseks keskmiseks massiks on pakutud 0.3eV / c2.
Üldiselt paistab, et tumeaine käitub ideaalse vedelikuna omamata sisemist takistust ja viskoossust.
Võimalik on ka, et tumeaine on gravitatsiooni vähese mõistmise kompentseerimiseks mõeldud mõiste.
Kas universumi paisumise juures ei peaks just kõige olulisem olema see, et kaugete objektide eemaldumine näib samasugune igas ruumipunktis, mitte ainult Maalt vaadates?
ReplyDeleteTeiseks: punanihke sõltuvust kaugusest ja sõltumatust meie ja vaadeldava objekti vahele jäävast ainest (ja selle hulgast või selle puudumisest), mis võiks energiat neelata on minu teada korduvalt demonstreeritud selliste objektide puhul, mille tegelik kaugus on määratud muude (punanihkest sõltumatute) meetoditega. Ja kui ka meieni jõudev kiirgus peab oma teekonnal läbima piidavalt tiheda aine kontsentratsiooniga ruumipiirkondi, siis väheneb meieni jõudvate footonite hulk (ehk objekti näiv heledus), mitte footonite lainepikkus. Kui aine läbimise korral muutub kiirguse lainepikkus, siis peaks sellisel viisil muutunud kiirguse juures olema kergesti eristatavad ka seda mõjutanud aine spektrijooned. Sellisel juhul aga mõõdetaks juba selle vahepealse takistuse punanihet ja selle abil ka kaugust, mitte esialgse kiirgusallika oma.
ReplyDeleteSelle esimese küsimuse puhul küsiks, et kas keegi saab tänapäeval tõestada, et ka paari miljoni valgusaasta kaugusel paistab Hubble'i seadus samamoodi kehtinava?
ReplyDeleteStatistiliselt juba tundub palju tõenäolisemalt et Maa ei ole kõige eemaldumise keskpunktiks. Universumi paisumise jutt tunduks vastuvõetavam kui näiteks 100 miljoni vms valgusaasta kaugusel paistaks selle eemaldumise keskpunkt mille poole vaadates toimuks sininihe ja millest edasi algab punanihe.
Ikkagi on sul segadus. Universumi paisumisel ei pea olema (ja vaatluste ja teooria kohaselt ei olegi) "keskpunkti". Selle kohta on ju ilus analoogia, mida igal pool kasutatakse, õhupalli pinna näol. Kui sa joonistad õhupalli pinnale punktid ning hakkad õhupalli täis puhuma, siis kõik punktid eemalduvad üksteisest ja seda kiiremini, mida suurem on nende vahemaa. Igast punktist vaadatuna on eemaldumise keskpunktiks just seesama punkt. Veel lihtsama mõtteharjutusena võib võtta lihtsalt arvtelje ja märkida sinna nullpunkt ja kummalegi poole sellest kaugusega lineaarselt kasvavad kiirused, ning siis minna mõtteliselt üle mõnda teise sellel teljel asuvasse taustsüsteemi. Täpselt samade väärtuste korral tundub ka selles punktis, et just see on paisumise keskpunkt.
ReplyDeleteÜhesõnaga - kui universumi paisumise juures tekib sul probleem heliotsentrilisusega, siis oled kusagil millestki valesti aru saanud.
Taas esimese küsimuse juurde tagasi tulles, siis jah, meie vaatluste põhjal tundub ka 100 miljoni valgusaasta kaugusel, et Hubble'i seadus kehtib samamoodi ja kõik ruumipunktid eemalduvad sealt kiirusega, mis on võrdelises seoses kaugusega. Meil ei ole mingit põhjust kahelda, et meie vaatlused ei ole adekvaatsed.
Mul oli juba enne sinu esimest kommentaari ahvatlus süüdistada selles nähtuses midagi ebamäärast vaakumis toimuvat, mis suruks samasuunalisi EM laineid üliaeglaselt miljonite-miljardite aastatega üksteisest eemale. Kuna järgneva 10 teema hulgas olid juba lained, optika, elektromagnetism jts. plaanis siis mõtlesin eelnevalt vaadata kuhu need mind viivad. Isegi kui mul oleks õigus peaks samuti paistma, et mida kaugemaid objekte vaadata, seda suurem on neil punanihe.
ReplyDeleteSisuliselt ongi ruumi paisumine see, mis miljonite-miljardite aastatega EM-lainete laineharjasid üliaeglaselt eemale tõukab.
ReplyDeleteMa olen valmis uskuma seda põhjust. Kas gravitatsioonilise sininihke põhjuseks võib sinu meelest olla mingi ruumi kokku tõmbumine, mis laineharju lähendab?
ReplyDeleteHalva küsimuse esitasin. Mõlema vastuse korral ei oleks võimalik vastust tõestada. Minu jaoks on ruumi paisumine ja kahanemine mõlemad usutavad ning sinu kriitika on meeldiv ja konstruktiivne. Veidi tahtsin näha kuidas reageerid tuttavalt läbikäidud rajalt kõrvale astudes.
ReplyDeleteÄkki oskad järgnevas tekstis vigu leida.
EM lainete lahknemise osas näen mitmeid võimalikke põhjuseid. Näiteks tegu on elektrilist ja magneetilist aktiivsust omavate nähtustega, mille laineharjad asuvad nähtava valguse korral üksteisest ~500 nanomeetri kaugusel. Tundub kuidagi loogiline, et sellise distantsiga võivad nad aja jooksul üksteisele elektromagneetilist mõju avaldada.
Teiseks, nagu aru olen saanud, siis lainete levikul ei liigu laine keskkonda moodustavad osakesed sellega pikalt kaasa. Lainehari võib gaasi või vedeliku molekule ajutiselt kõigutada, kuid need lähevad pärast laineharja mõõdumist enam-vähem oma algkohta tagasi kuid keskkonna stabiliseerumine võtab veidi aega. Kui esimene EM laine peaks vaakumis mingi tumeaine kõikuma ajama, siis miks ei peaks see järgnevat footonit mõjutama? Igatahes ei jäe sellel keskkonnal eriti aega, et järgneva laine jaoks algseisundisse taastuda. Nähtavas valguses on need laineharjad üksteisest 500 nanomeetri kaugusel ja järgnevad esimestele vaakumis oleva valguse kiirusega.
Omapoolse kriitikana näen probleemi kindlasti selles, et toetun ebamäärasele vaakumi tumeainele ning tõestada võiks reaalselt vaadeldu näitel. Ei oska ka ühtegi eksperimenti välja mõelda, mis kirjeldaks nii tihedalt koos oelvate EM lainetete omavahelisi mõjutusi. Ennem oleks pidanud vaakumi ja lainete tegevuse selgemaks tegema.
Lisaks õppisin, et igas EM üksiklaines on plancki konstandi jagu energiat kuid järellainetused peaks tähendama võimalust, et eksisteerib teiste energiahulkadega üksiklaineid.
Gravitatsioonilise sininihke põhjuseks ei ole ilmselt mitte ruumi kokku tõmbumine vaid gravitatsiooniline aja dilatsioon. Kuna tugevas gravitatsiooniväljas liigub aeg aeglasemalt, siis sisuliselt kuhjuvad väljastpoolt "kiiremast ajast" saabuvad laineharjad omavahel kokku, ja seda proportsionaalselt aja aeglustumisega. Analoogiaks võiks võtta tsunami tekkemehhanismi, kus algselt väga suure lainepikkusega laine jõuab madalamasse vette, seetõttu aeglustub ja lainepikkus lüheneb väga kiiresti, kuhjates vee väiksesse alasse.
ReplyDeleteTeise postituse kohta - peamise veana tundub olevat eeldus, et elektromagnetiline vastastikmõju suudab levida kuidagi valgusest kiiremini, mida ta juba definitsiooni kohaselt teha ei saa. Selleks, et üks lainehari saaks teist mõjutada, peaks vastastikmõju kanduma edasi kiiremini kui valguse kiirusel eemalduv teine lainehari. Kuna elektromagnetilise vastastikmüju kandjateks on footonid, siis see nii olla ei saa.
Teine pool su mõttekäigust eeldab aga eetri olemasolu, mis oleks elektromagnetvõnkumise keskkonnaks. Kuna relatiivsusteooria kohaselt on valguse kiirus igas taustsüsteemis konstantne, siis ei saa staatilist eetrit olemas olla. Kuna relatiivsusteooria on kvantelektrodünaamika kõrval üks paremini verifitseeritud füüsikalisi mudeleid, siis ma ei näe põhjust selles kahelda. Ehk siis soovitus - ära too sisse eetrit.
Just taga püsivatel lainetel julgesin esimeste EM lainete mõju võimalikuks pidada.
ReplyDeleteEhk näitlikustad numbritega kuidas pidi aja dilatsioon gravitatsioonilise punanihke või sininihkega lainepikkust näiteks 50% muudaks.
Eetri mõistet polnud kavas tuua. Pigem eri kohtades samaaegset omamoodi ruumi kasvu ja kahanemist.
Kas on siis vale väita, et vaakumis tähtede ja galaktikate vahel võib esineda ebamäärane väikest tihedust omav EM laineid vahendav keskkond? Ma ei väida, et see püsib paigal. (konksuga küsimus sulle)
ReplyDeleteKuna footon ei oma laengut, siis ei võta ta ise osa elektromagnetilisest vastastikmõjust, ja seega ei saa ees liikuv footon taga liikuvat footonit ka mõjutada (erinevalt tugevat vastastikmõju kandvatest gluuonitest).
ReplyDeleteEM laineid vahendavat keskkonda (ehk eetrit) ei saa olemas olla juba seetõttu, et valguse kiirus on kõigis inertsiaalsetes taustsüsteemides sama, ja siis peaks olema igas taustsüsteemis olema oma eeter, ja ühest taustsüsteemist teise üle minekul peaksid ka kõik valguslained "teise eetrisse" üle minema. Kuna taustsüsteemi valik füüsikalist maailma ei muuda, siis on selline eeldus sisutühi.
Aja dilatsiooni mõju sini- või punanihkele saab arvutada Lorentzi transformatsioonidega.
Minu lähenemine on olnud selline, et need teooriad tegelevad siiski materiaalse kirjeldamisega. Rõhuvalemid ei tõmba õhupalli lõhki ning samuti ei lõhu rõhu valem üksi liiga sügavale läinud allveelaevu. Teooriad kirjeldavad materiaalse käitumist eri tingimustes. Kui miski surub EM laineid ja galaktikaid üksteisest lahku, siis on asjasse segatud ikkagi midagi enamat kui ainult kirja pandud valem ning see ei ole usk "eetrisse" kui ma väidan, et midagi materiaalset osaleb sellistes nähtustes. Aegruumi dilatsioon ja relatiivsus sisaldavad siiski küsimusi nagu kuidas ikkagi need nähtused toimuvad ja mis neid läbi viivad. Kui ruum paisub jääb siiski õigustatud küsimuseks miks need paisuvad. Rõhu valemid saadi 18.-19. sajandil suhteliselt heaks teadmata mis suurusjärgus on aatomid ja molekulid. Tänapäevane ruumi paisumise jutt meenutab seda olukorda, et rõhuvalem on teada aga mitte rõhku põhjustavad osakesed.
ReplyDelete