Blog
kompletny ekspotent
kierdel
kierdel jaja se robię czasem
26 obserwujących 329 notek 252588 odsłon
kierdel, 22 sierpnia 2018 r.

Dyskretny urok statystyki, czyli co u licha z tą ciemną materią?

685 25 1 A A A
Ostatnie badania statystyczne dostarczają silnego argumentu na korzyść hipotezy ciemnej materii.


Wbrew znanemu i często bezmyślnie powtarzanemu porzekadłu („są kłamstwa, wielkie kłamstwa i statystyka”), statystyka to potężne narzędzie do wyciągania wniosków i weryfikacji hipotez. Trzeba tylko umiejętnie z niej korzystać. Największym problemem jest zwykle identyfikacja wszystkich czynników, które mogłyby zafałszować wyniki. Na studiach astronomicznych był kiedyś (jest do tej pory?) poświęcony temu zagadnieniu przedmiot o nazwie „Metody opracowywania wyników obserwacji” (albo jakiejś podobnej). Przedmiot na pewno pożyteczny, jednakże faktyczną umiejętność stosowania metod statystycznych zyskuje się nie na tym kursie, ale dopiero wraz z rozwijającym się doświadczeniem w prowadzeniu badań. Nierzadko nawet profesjonaliści potrafią popełnić jakiś istotny błąd. Tak właśnie było w przypadku badaczy usiłujących stwierdzić, która z hipotez – ciemna materia czy zmodyfikowana grawitacja – wyjaśnia dziwne zachowanie gwiazd i galaktyk.

Dla przypomnienia. Od ładnych kilkudziesięciu lat wiadomo, że zarówno gwiazdy w galaktykach, jak i galaktyki w gromadach galaktyk poruszają się zbyt szybko – zbyt szybko, gdyby przyjąć, że źródłem przyciągania grawitacyjnego jest wyłącznie materia, którą widzimy: gwiazdy i gaz. Zaproponowano dwie główne hipotezy mogące rozwiązać ten problem. Zdecydowanie najwięcej zwolenników ma koncepcja ciemnej materii. Mówi ona, że oprócz materii widomej we Wszechświecie istnieje jeszcze inna – właśnie ciemna – której masa zapewnia odpowiednio silną grawitację. Ciemna materia ma być zbudowana z cząstek, które praktycznie w żaden sposób (poza grawitacyjnym) nie oddziałują ze zwykłą materią. Jeżeli przyjąć, że ciemnej materii jest, średnio rzecz biorąc, pięć razy więcej niż materii normalnej, to da się wyjaśnić nie tylko ruchy gwiazd w galaktykach i ruchy galaktyk w gromadach, ale i wiele innych problemów (na przykład kwestię powstawania wielkoskalowych struktur kosmicznych).

Mniej popularna, ale również intensywnie rozwijana jest hipoteza zmodyfikowanej grawitacji. Jej zwolennicy twierdzą, że nie ma żadnej innej materii niż zwykła, natomiast ogólnie stosowane prawo grawitacji należałoby zmienić. W odległościach porównywalnych z rozmiarami Układu Słonecznego grawitacja działałaby tak jak Pan Bóg i Newton przykazali, ale w skalach rzędu setek tysięcy lat świetlnych i większych byłaby znacznie silniejsza niż wynikałoby to z teorii newtonowskiej.

Obie te hipotezy mają swoje wady. Największym problemem ciemnych materialistów jest fakt, że choć przeprowadzono już wiele eksperymentów mających wykryć cząstki tworzące ciemną materię, do tej pory nie udało się ich jeszcze zarejestrować. Z kolei zmodyfikowani grawitacjonaliści potrafią odtworzyć ruch gwiazd w galaktykach, ale mimo stworzenia wielu wersji teorii, żadna z nich nie sprawdziła się w przypadku gromad galaktyk.

Niecałe 2 lata temu opublikowano pracę (tutaj i tutaj), która narobiła trochę zamieszania. (O ile pamiętam, również w Salonie24 pojawiła się notka, w której wieszczono, że praca ta to początek końca ciemnej materii). Jej autorzy, Stacy McGaugh i jego współpracownicy, korzystając z bazy danych Spitzer Photometry and Accurate Rotation Curves przebadali ponad 150 krzywych rotacji galaktyk i wyznaczyli dla tych obiektów wartości przyspieszenia grawitacyjnego. Następnie porównali te wartości z wyliczonym po newtonowsku przyspieszeniem, jakie występowałoby w tych galaktykach, gdyby za grawitację odpowiedzialna była tylko normalna materia (gwiazdy i gaz). Autorzy stwierdzili, że stosunek między tymi wielkościami jest praktycznie stały.

Gdyby ten wniosek okazał się prawdziwy, miałby daleko idące konsekwencje. Jeśli za zwiększenie przyspieszenia (w stosunku do przyspieszenia wywoływanego przez zwykłą materię) odpowiedzialna byłaby ciemna materia, to we wszystkich przebadanych galaktykach stosunek ilości ciemnej materii do materii normalnej musiałby być stały. Nie jest to niemożliwe, ale co najmniej dziwne. Z drugiej strony, taka korelacja między oboma przyspieszeniami jest automatyczną konsekwencją wszystkich wersji zmodyfikowanej grawitacji. Ewentualne istnienie korelacji byłoby zatem silnym argumentem na korzyść zmodyfikowanej grawitacji.

W czerwcu tego roku w czasopiśmie online Nature Astronomy (tutaj i tutaj) ukazała się jednak praca autorstwa Davi Rodriguesa i współpracowników, w której... zakwestionowano istnienie tejże korelacji! Żeby było śmieszniej, grupa Rodriguesa korzystała zasadniczo z tych samych danych obserwacyjnych, co zespół McGaugh...

Nie ma siły: jeden z tych zespołów dał przysłowiowego ciała. Ale który?

Zanim do tego dojdę, muszę niestety zrobić dłuższą dygresję dotyczącą różnic w rozkładach danych doświadczalnych, gdyż to one stanowią klucz do rozwiązania. Rozważymy zatem dwie odmienne sytuacje.

SYTUACJA PIERWSZA. Załóżmy, że chcemy wyznaczyć wartość jakiejś stałej wielkości; dla przykładu niech to będzie masa pewnej cząstki elementarnej. Jak to robimy? Bierzemy akcelerator albo inne podobne ustrojstwo, jakie mamy akurat pod ręką, wpuszczamy w nie cząstki i (tu opuszczam niepotrzebne dla toku rozumowania szczegóły eksperymentu) na podstawie ich zachowania obliczamy wartość masy. Rzecz jasna, powtarzamy to doświadczenie wielokrotnie. Po każdym powtórzeniu eksperymentu notujemy wynik. Gdy uznamy, że liczba przeprowadzonych doświadczeń jest wystarczająca, tworzymy histogram, czyli wykres, na którym na osi poziomej znajduje się możliwa wartość masy cząstki, a na osi pionowej liczba eksperymentów, w których uzyskano właśnie tę wartość. Jeżeli liczba naszych doświadczeń była duża, histogram zapewne będzie przypominać krzywą Gaussa:image

Opublikowano: 22.08.2018 08:58. Ostatnia aktualizacja: 22.08.2018 10:59.
Autor: kierdel
Skomentuj Obserwuj notkę Napisz notkę Zgłoś nadużycie
NEWSY - TOP 5

O mnie

Sześć praw kierdela o dyskusjach w internecie
  1. Gdy rozum śpi, budzą się wyzwiska.
  2. Trollem się nie jest; trollem się bywa.
  3. Im mniej argumentów na poparcie jakiejś tezy, tym bardziej jest ona „oczywista”.
  4. Obiektywny tekst to taki, którego wymowa jest zgodna z własnymi poglądami.
  5. Dyskusja jest tym bardziej zawzięta, im mniej istotny jest jej temat.
  6. Trzecie prawo dynamiki Newtona w ujęciu salonowym: każdy sensowny tekst wywołuje bezsensowny krytycyzm, a stopień bezsensowności krytyki jest równy stopniowi sensowności tekstu.
Tymon & Transistors - D.O.B. (feat. Jacek Lachowicz)

free counters

Ostatnie notki

Obserwowane blogi

Najpopularniejsze notki

Ostatnie komentarze

  • @senior 62 Ben King też nie miał wsparcia, a wygrał 2 etapy. No i zupełnie bez wsparcia był...
  • Skąd informacja, że Yates będzie jeździł w CCC? Czy to taki żart, którego nie załapałem?...
  • @deda Masz na to jakieś konkretne przykłady? Czy też należysz do tych zwolenników teorii...

Tematy w dziale Technologie