Cómo la dualidad podría resolver el dilema de la materia oscura

Cúmulo balaLos astrofísicos tienen que elegir entre la materia oscura o la gravedad modificada para explicar el universo. Pero una nueva y extraña dualidad podría indicar que pueden quedarse con ambas.

El debate sobre la naturaleza de onda o partícula de la luz consumió a los físicos durante 300 años después de que Isaac Newton defendiera la idea de partícula y Christian Huygens respaldara la idea de la onda. La solución, que la luz puede verse como una onda y como una partícula, habría dejado asombrados a estos gigantes de la física, como hizo con nosotros.

Lo que no debería sorprendernos, no obstante, es que otros argumentos, aparentemente igual de intratables, puedan resolverse de forma similar.

Pero exactamente esto es lo que puede suceder con el problema de la materia oscura que ha desconcertado a los astrofísicos durante casi 80 años, de acuerdo con Chiu Man Ho de la Universidad Vanderbilt en Nashville y un par de colegas.

El problema es que las galaxias rotan tan rápido que la materia que contienen debería salir volando hacia el espacio. De forma similar, los cúmulos de galaxias no parecen contener suficiente masa para mantenerlas unidas y evitar que se desmiembre. Dado que esto, manifiestamente no sucede, alguna fuerza debe estar mantiendo las masas en su lugar.

Los astrofísicos proponen dos explicaciones. La primera es que estas galaxias están llenas de una masa invisible, conocida como materia oscura, que proporciona un tirón gravitatorio extra. La segunda es que la gravedad es más fuerte a estas escalas intergalácticas y puede hacer el trabajo por sí misma, una idea conocida como Dinámica Newtoniana Modificada o MOND.

No hay mucho cariño entre los defensores de la materia oscura y sus homólogos de MOND: ambos dicen que el otro está equivocado y escrutan el universo en busca de evidencias para batir a sus oponentes. Ningún bando ha derrotado convincentemente el argumento del otro por ahora, pero todos parece conceder que cuando uno triunfe, el otro hincará la rodilla.

Tal vez haya otra posibilidad, no obstante: que ambos estén en lo cierto.

Lo que hace que sea posible es una nueva aproximación a la gravedad en la que es un fenómeno emergente relacionado con la entropía. Ya echamos un vistazo a esto hace unos meses.

La idea básica es que partes del universo tienen distintos niveles de entropía y esto crea una fuerza que redistribuye la materia de una forma que maximiza su entropía. Esta fuerza es a lo que llamamos gravedad.

Hasta el momento, esta aproximación ha asumido un universo simple. Pero los cosmólogos saben que nuestro universo no sólo se está expandiendo sino que lo hace de forma acelerada. Lo que Chui y compañía han hecho es derivar la gravedad como una fuerza emergente usando la misma aproximación entrópica, pero esta vez en un universo que está acelerando.

El resultado es una forma de gravedad en la que los parámetros de masa y aceleración comparten un extraño tipo de dualidad: el término aceleración puede verse como modificado al igual que en MOND; o el término de masa puede verse como modificado como en la teoría de la materia oscura.

En efecto, Chui y compañía dicen que la materia oscura y MOND son dos caras de la misma moneda.

Es interesante señalar que el efecto de cada tipo de modificación parece ser dependiente de escala. En esta teoría, la interpretación MONDiana funciona a nivel galáctico mientras que la interpretación de la materia oscura funciona mejor a escala de cúmulos de galaxias.

Así es como también tiene éxito en las pruebas observacionales. MOND parece explicar mejor el comportamiento real de las galaxias, mientras que la aproximación de la materia oscura explica mejor las estructuras de cúmulos de galaxias.

¿Podría ser que ambas fueran manifestaciones de la misma cosa? Sólo los osados o los tontos lo descartarían. Y cosas más extrañas han pasado en la física, como Newton y Huygens podrían afirmar.


Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1005.3537: MONDian Dark Matter
Fecha Original: 24 de mayo de 2010
Enlace Original

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Comments (8)

  1. Nusesabe

    :S Cada vez parece que se complica mas la cosa, hacia una teoria de la unificacion? parece que vamos hacia el lado opuesto XD.

  2. “Lo que hace que sea posible es una nueva aproximación a la gravedad en la que es un fenómeno emergente relacionado con la entropía.”

    Otro trabajo que apunta en la misma dirección, al igual que Verlinde, Lee y Frampton.

    SalU2

  3. Francisco

    ¿Y no podría ser que viviéramos en varios universos a la vez? No sé, podría ser cierto, o eso o nuestro universo es lo más raro que hay en lo que sea que haya “fuera”…

  4. Ozzybulla

    Me parece coherente con el comportamiento de la gravedad cuando nos vamos a escala microscópica el que su fuerza tienda a aumentar a escala intergaláctica. En lo personal, lo encuentro simétrico, elegante.
    Por otra parte, no me parece una certeza demostrada que la gravedad aumente linealmente con la masa (m=g, por lo tanto, 100m=100g); desde el momento en que hacemos la ecuación al revés; es decir, calculamos la masa del sol por su tirón gravitatorio; pero ¿no puede ser que su masa sea menor que la supuesta pero al ser mayor que la de la tierra la gravedad que ella genera sea proporcinalmente mas fuerte que la que la tierra produce?
    Nuestra sentido común choca con esta idea, pero también choca con la relatividad, con la mecánuca cuántica y en general con todo lo que ocurre guera de nuestra escala espacio-temporal. ¿Por que no una relatividad gravitacional?

    • la masa es la expresión de la cantidad de materia de un cuerpo, revelada por su peso (atracción gravitatoria), o por la cantidad de fuerza necesaria para producir en un cuerpo cierta cantidad de movimiento en un tiempo dado

      ¿Es que hay otra forma de calcular la masa, que no sea mediante su tirón gravitatorio o inercial? Cuestión aparte es si la expresión que usamos para su cálculo es válida para todos los casos, que es lo que propone MOND, sustituir la segunda ley de Newton F = m x a por una del tipo F = m x a x n(a/a0) donde la expresión n(a/a0) para aceleraciones “normales”(cotidianas) sería equivalente a la expresión de Newton (tendría valor 1), pero para aceleraciones muy bajas variaría.

      • Ozzybulla

        A eso voy: la igualdad entre la masa medida por su atracción gravitatoria (g) y por su fuerza inercial (m) solo se verificaría en escalas mundanas. Al ir a escala de partículas, m>g; a escalas intergalácticas, m<g.
        La entropía gravitatoria (la proporción de gravitones escapando de "nuestra" brana sería menor a mayores cantidades de masa interactuando.
        O sea, en tus términos; la segunda ley de Newton variaría también para aceleraciones muy altas.
        No se; pero la simetría me da una sensación de tranqulidad.

  5. Si este enfoque fuera cierto seria revolucionario por que ya no valdria la concepcion einsteniana de la grabedad cambiando la geometria e-t sino que el actor principal seria la entropia asociada a la masa. Tambien se puede establecer una entropia al vacio debido al mer de Fermi.

  6. Es otra posibilidad, desde luego, tan consistente -o no- como la otra.

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