ΣΚΟΤΕΙΝΟ ΥΓΡΟ

ΣΚΟΤΕΙΝΟ ΥΓΡΟ

ΣΚΟΤΕΙΝΟ ΥΓΡΟ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Σκοτεινό υγρό,στην αστρονομία και την κοσμολογία ονομάζεται μία εναλλακτική θεωρία για τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια που επιχειρεί  να εξηγήσει και τα δύο φαινόμενα σε ένα ενιαίο πλαίσιο.

Σκοτεινό υγρό,στην αστρονομία και την κοσμολογία ονομάζεται μία εναλλακτική θεωρία για τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια που επιχειρεί  να εξηγήσει και τα δύο φαινόμενα σε ένα ενιαίο πλαίσιο

 Το σκοτεινό υγρό προτείνει ότι η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια δεν είναι ξεχωριστά φυσικά φαινόμενα όπως θεωρούνται γενικά,ούτε έχουν ξεχωριστές προελεύσεις,αλλά ότι συνδέονται μεταξύ τους και μπορούν να θεωρηθούν ως δύο όψεις ενός μεμονωμένου υγρού και έχουν παραχθεί ως υποπροϊόντα νέων προτεινόμενων εκτεταμένων νόμων της βαρύτητας σε πολύ μεγάλες κλίμακες.Οι εναλλακτικές θεωρίες της εκτεταμένης βαρύτητας,όπως η τροποποιημένη νευτώνεια δυναμική (MOND),τις παρουσιάζει ως συγκεκριμένα υποπροϊόντα.

Στις γαλαξιακές κλίμακες,το σκοτεινό υγρό συμπεριφέρεται σαν σκοτεινή ύλη και σε μεγαλύτερες κλίμακες η συμεριφορά του γίνεται παρόμοια με τη σκοτεινή ενέργεια

 Στις γαλαξιακές κλίμακες,το σκοτεινό υγρό συμπεριφέρεται σαν σκοτεινή ύλη και σε μεγαλύτερες κλίμακες η συμεριφορά του γίνεται παρόμοια με τη σκοτεινή ενέργεια.Οι παρατηρήσεις των νόμων της βαρύτητας που προσομοιώνονται από παρατηρήσεις στη γήινη κλίμακα και την κλίμακα του Ηλιακού Συστήματος,θεωρούνται ανεπαρκείς να εξηγήσουν τα βαρυτικά αποτελέσματα σε αυτές τις μεγαλύτερες κλίμακες.Ένα απλό σκοτεινό υγρό με αρνητική μάζα που προτάθηκε το 2018 από τον αστροφυσικό Jamie Farnes από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης έχει αποδειχθεί ότι έχει τις ιδιότητες που απαιτούνται για να εξηγήσει τόσο τη σκοτεινή ύλη όσο και τη σκοτεινή ενέργεια.

ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΜΕΛΕΤΗΣ ΣΚΟΤΕΙΝΟΥ ΥΓΡΟΥ

 Τα τελευταία χρόνια,δύο μεγάλα αινίγματα έχουν προκύψει στην αστροφυσική και στην κοσμολογία που ασχολούνται με τους νόμους της βαρύτητας.Το πρώτο ήταν η συνειδητοποίηση ότι δεν υπάρχουν αρκετά ορατά αστέρια ή αέριο μέσα στους γαλαξίες για να εξηγήσουν τον υψηλό ρυθμό περιστροφής τους.Η υπόθεση της σκοτεινής ύλης δημιουργήθηκε για να εξηγήσει αυτό το φαινόμενο.Υποδηλώνει ότι οι γαλαξίες (συμπεριλαμβανομένου του δικού μας Γαλαξία) περιστρέφονται τόσο γρήγορα όσο υπάρχει περισσότερη ύλη σε αυτούς τους γαλαξίες από ότι μπορεί να φανεί με το άθροισμα μόνο της μάζας των αστεριών και του αερίου και ότι αυτή η αόρατη (σκοτεινή) ύλη είναι αόρατη επειδή δεν αλληλεπιδρά με την ηλεκτρομαγνητική δύναμη από την οποία προέρχονται όλες οι μορφές του φωτός.

Ένα απλό σκοτεινό υγρό με αρνητική μάζα

 Η υποθετική σκοτεινή ύλη επεκτάθηκε στη συνέχεια σε συστάδες γαλαξιών και βρέθηκε χρήσιμη για κοσμολογικούς υπολογισμούς και για την ερμηνεία του βαρυτικού φακού από τους γαλαξίες.Το δεύτερο αίνιγμα προήλθε από τις παρατηρήσεις ενός πολύ συγκεκριμένου είδους σουπερνόβα,γνωστού ως σουπερνόβα τύπου Ia.Όταν συγκρίθηκαν σε απομακρυσμένους και κοντινούς γαλαξίες,διαπιστώθηκε ότι το μακρινό σουπερνόβα ήταν πιο αχνό από το αναμενόμενο,και έτσι πιο μακριά από το αναμενόμενο.Αυτό σήμαινε ότι το Σύμπαν όχι μόνο επεκτείνεται,αλλά επιταχύνει την επέκτασή του.Η υποθετική σκοτεινή ενέργεια μπορεί να εξηγήσει αυτό το φαινόμενο.Η παραδοσιακή προσέγγιση στη μοντελοποίηση των επιπτώσεων της βαρύτητας προϋποθέτει ότι η γενική σχετικότητα είναι εξίσου έγκυρη σε κοσμολογικές κλίμακες όπως και στο Ηλιακό Σύστημα,όπου οι προβλέψεις του έχουν δοκιμαστεί με μεγαλύτερη ακρίβεια.Ωστόσο,η μη αλλαγή των κανόνων της βαρύτητας συνεπάγεται την παρουσία σκοτεινής ύλης και σκοτεινής ενέργειας σε μέρη του Σύμπαντος όπου η καμπυλότητα του πολλαπλού χωροχρόνου είναι πολύ μικρότερη από αυτήν στο Ηλιακό Σύστημα.

Η θεωρία του σκοτεινού υγρού υποθέτει ότι το σκοτεινό υγρό είναι ένα συγκεκριμένο είδος υγρού του οποίου οι ελκυστικές και απωθητικές συμπεριφορές εξαρτώνται από την τοπική ενεργειακή πυκνότητα

 Είναι φαινομενολογικά δυνατό να μεταβληθούν οι εξισώσεις της βαρύτητας σε περιοχές με χαμηλή καμπυλότητα χωροχρόνου έτσι ώστε η δυναμική του χωροχρόνου να προκαλεί αυτό που αποδίδουμε στην παρουσία της σκοτεινής ύλης και της σκοτεινής ενέργειας.Η θεωρία του σκοτεινού υγρού υποθέτει ότι το σκοτεινό υγρό είναι ένα συγκεκριμένο είδος υγρού του οποίου οι ελκυστικές και απωθητικές συμπεριφορές εξαρτώνται από την τοπική ενεργειακή πυκνότητα.Σε αυτή τη θεωρία,το σκοτεινό υγρό συμπεριφέρεται σαν σκοτεινή ύλη στις περιοχές του διαστήματος όπου η πυκνότητα του βαρυονίου είναι υψηλή.Η ιδέα είναι ότι όταν το σκοτεινό υγρό είναι παρουσία ύλης,επιβραδύνεται και πήζει γύρω από αυτό.Αυτό στη συνέχεια προσελκύει περισσότερο σκοτεινό υγρό για να πήζει γύρω από αυτό,ενισχύοντας έτσι τη δύναμη της βαρύτητας κοντά σε αυτό.Το αποτέλεσμα είναι πάντα παρόν,αλλά γίνεται αισθητό μόνο με την παρουσία μιας πολύ μεγάλης μάζας, όπως ένας γαλαξίας.Αυτή η περιγραφή είναι παρόμοια με τις θεωρίες της σκοτεινής ύλης και μια ειδική περίπτωση των εξισώσεων του σκοτεινού υγρού αναπαράγει τη σκοτεινή ύλη.

Η ιδέα είναι ότι όταν το σκοτεινό υγρό είναι παρουσία ύλης,επιβραδύνεται και πήζει γύρω από αυτό

 Από την άλλη πλευρά,σε μέρη όπου υπάρχει σχετικά μικρή ύλη,όπως στα κενά μεταξύ γαλαξιακών υπερκαυστήρων,αυτή η υπόθεση προβλέπει ότι το σκοτεινό υγρό χαλαρώνει και αποκτά αρνητική πίεση.Έτσι το σκοτεινό υγρό γίνεται μια απωθητική δύναμη,με αποτέλεσμα παρόμοιο με αυτό της σκοτεινής ενέργειας.Το σκοτεινό υγρό υπερβαίνει τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια,καθώς προβλέπει ένα συνεχές φάσμα ελκυστικών και αποκρουστικών ιδιοτήτων σε διάφορες περιπτώσεις πυκνότητας ύλης.Πράγματι,ειδικές περιπτώσεις διαφόρων άλλων βαρυτικών θεωριών αναπαράγονται από το σκοτεινό υγρό,όπως ο πληθωρισμός,η πεμπτουσία,η k-ουσία,η f (R),η Generalized Einstein-Aether f (K),η MOND,η TeVeS,η BSTV κ.λπ. προτείνει νέα μοντέλα,όπως ένα συγκεκριμένο μοντέλο f(K+R) που προτείνει ενδιαφέρουσες διορθώσεις στο MOND που εξαρτώνται από την κόκκινη μετατόπιση και την πυκνότητα.

ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗ ΠΑΡΑΔΟΧΩΝ

 Το σκοτεινό ρευστό δεν αναλύεται όπως ένα τυπικό μοντέλο μηχανικής ρευστού,επειδή οι πλήρεις εξισώσεις στη μηχανική των ρευστών είναι ακόμη πολύ δύσκολο να επιλυθούν.

Το σκοτεινό ρευστό δεν αναλύεται όπως ένα τυπικό μοντέλο μηχανικής ρευστού

 Μια τυποποιημένη μηχανική προσέγγιση ρευστού,όπως το γενικευμένο μοντέλο αερίου Chaplygin,θα ήταν μια ιδανική μέθοδος για τη μοντελοποίηση του σκοτεινού υγρού,αλλά προς το παρόν απαιτεί πάρα πολλά σημεία δεδομένων παρατήρησης για να είναι εφικτοί οι υπολογισμοί και δεν υπάρχουν αρκετά σημεία δεδομένων στους κοσμολόγους.Ένα βήμα απλοποίησης πραγματοποιήθηκε με μοντελοποίηση της υπόθεσης μέσω μοντέλων βαθμών πεδίου αντ' αυτού,όπως γίνεται σε άλλες εναλλακτικές προσεγγίσεις για τη σκοτεινή ενέργεια και τη σκοτεινή ύλη.