8.14 Парадигма частинок темної матерії

Головна ／ Розділ 8: енергетичних філаментів

Три цілі

• Допомогти читачеві зрозуміти, чому «частинки темної матерії» тривалий час використовувалися для пояснення надлишкової гравітаційної тяги та зростання структур.
• Показати труднощі на малих масштабах, між різними методами спостережень і в прямих пошуках.
• Запропонувати єдине переформулювання: поставити в центр Статистичну тензорну гравітацію (STG) (див. 1.11) і застосувати єдине тензорне ядро для одночасного пояснення динаміки та гравітаційного лінзування без введення темних частинок; мікрорівневу «подачу» забезпечують «тягнуче—розсіювальні» статистики Узагальнених нестабільних частинок (GUP) (див. 1.10); на стороні випромінювання цьому відповідає Тензорний фоновий шум (TBN) (див. 1.12). Нижче послідовно вживаємо повні назви: узагальнені нестабільні частинки, статистична тензорна гравітація, тензорний фоновий шум.

I. Що стверджує чинна парадигма

1. Ключова теза
   У Всесвіті існує компонента, що не випромінює світла, слабко взаємодіє з електромагнетизмом, є майже «холодною», має низький тиск і може описуватися як беззіткнювальні частинки.

• Ця компонента рано формує «риштування» у вигляді гало; звичайна матерія падає в нього й утворює галактики та скупчення.
• Криві обертання галактик, гравітаційне лінзування, динаміка скупчень, акустичні піки космічного мікрохвильового фонового випромінювання (CMB) та баріонні акустичні осциляції (BAO) узгоджуються в рамці «видиме + темне гало».

2. Чому це підхід популярний

• Економія параметрів: небагато макропараметрів дають перше наближення єдності для різнорідних спостережень.
• Зрілі інструменти: N-body, напіваналітичні схеми та ланцюги гідродинамічного фідбеку добре відпрацьовані.
• Інтуїтивна оповідь: «Більше тяги = більше (невидимої) маси».

3. Як це варто розуміти
   По суті, це феноменологічне «підбиття балансу»: надлишкову тягу записують як додаткову масу. Питання «що це за частинки» і «як вони взаємодіють» віддають експериментам; чимало деталей «поглинають» фідбеком і підгонкою параметрів.

II. Спостережні труднощі та дискусії

1. Криза малих масштабів і «занадто акуратні» закони масштабування

• Знов і знов з’являються проблеми: брак карликових галактик, «надто великі, щоб не збігтися» невідповідності, морфологія «ядро—оболонка» тощо; часто потрібні сильні фідбеки й тонке налаштування багатьох параметрів.
• Динаміка демонструє надзвичайно «щільні» емпіричні співвідношення (наприклад, баріонне співвідношення Таллі—Фішера, радіальне співвідношення прискорень): зв’язок між видимою масою та зовнішньодисковою тягою майже «в одну лінію», що в контексті «беззіткнювальні частинки + фідбек» виглядає надто випадковим.

2. Розбіжності між лінзуванням і динамікою та роль середовища
   У частини систем лінзова маса й динамічна маса відрізняються невеликими, але систематичними зсувами; подібні об’єкти в різних великомасштабних середовищах або орієнтаціях дають слабкі, проте напрямно узгоджені залишки. Якщо все списувати на «систематику/фідбек», діагностична сила падає.
3. Різноманітність у зіткненнях скупчень
   Є поодинокі випадки, що підтримують інтуїцію про «відокремлення темної матерії», однак трапляються й системи, де узгодження маси, газу й галактик від неї відхиляється. Різним об’єктам часто потрібні різні мікрофізичні модифікації (самовзаємодія, «тепла»/«розмита» тощо), і наратив дробиться на «латки».
4. Тривала «тиша» в прямих пошуках
   Прямі детектори, колайдери та непрямі сигнали за багато ітерацій не дали беззаперечних позитивів; мікрорівнева ідентичність лишається все більш невизначеною.

Короткий висновок
«Додавання маси гало» працює на першому рівні, однак водночас із маломасштабною «акуратністю», перехресними зсувами між методами, різнотипністю кейсів і мікрорівневою порожнечею єдність дедалі більше тримається на латках і підгонах.

III. Переформулювання в межах Теорії енергетичних філаментів (EFT)

Однореченеве резюме
Переписуємо «надлишкову тягу» не як «невидимі частинки», а як Статистичну тензорну гравітацію (STG): для заданого розподілу видимої матерії єдине тензорне ядро безпосередньо генерує поле зовнішньодискової тяги; та сама базова карта тензорного потенціалу одночасно визначає динаміку й лінзування — без темних частинок. Мікрорівневу подачу забезпечує сумарна тяга під час життя узагальнених нестабільних частинок і «радіаційне донапування» під час їх розпаду, що ми читаємо як тензорний фоновий шум.

Наглядне порівняння
Йдеться не про «висипати у диск відро невидимого піску», а про «море натягів», яке, зустрічаючи видиму матерію, самоорганізується у натягнуту сітку: візерунок сітки (наслідок дії єдиного тензорного ядра) спрямовує рух до заданої зовнішньої тяги. Швидкісні поля та траєкторії світла — це дві проєкції тієї самої сітки.

Три опорні пункти переформулювання

1. Частинки стають «відповіддю»: від додавання маси до додавання відгуку
   Надлишкова тяга більше не походить із «невидимого масового резервуару», її обчислюють згорткою єдиного тензорного ядра з полем видимої густини:

• Фізичний зміст ядра: статистична «розтяжність/стисливість» енергетичного моря щодо видимих структур (сприйнятливість).
• Склад ядра: ізотропний базовий доданок, що плавно спадає з масштабом, плюс анізотропний доданок, пов’язаний із зовнішніми полями/геометрією (інтегрує лінію зору та середовище).
• Обмеження ядра: на локальних масштабах відтворює звичну гравітацію; на довгих шляхах і при малих прискореннях дає відокремлювану поведінку.

2. «Акуратність» стає неминучою проєкцією
   Баріонне співвідношення Таллі—Фішера та радіальне співвідношення прискорень природно постають як структурні проєкції єдиного тензорного ядра:

• Видима поверхнева густина разом із відгуком ядра задають шкалу швидкостей.
• У низько­прискорювальному режимі зовнішня тяга співмасштабується з баріонами майже за степеневим законом.
• Насичення та форма переходу ядра обмежують розсіяння малими величинами без «випадкових узгоджень» деталей фідбеку між системами.

3. Динаміка й лінзування на «одній карті»
   Одна й та сама базова карта тензорного потенціалу та те саме ядро мають водночас зменшувати:

• залишки кривих обертання,
• залишки збіжності слабкого лінзування (κ),
• мікрозсуви часових затримок у сильному лінзуванні.
  Якщо кожне вимагає «своєї латки», єдине переформулювання не підтверджується.

Ознаки для перевірки (приклади)

• Одне ядро для багатьох задач (жорсткий тест): у тій самій галактиці/скупченні підберіть криві обертання та κ слабкого лінзування одним ядром і екстраполюйте часову затримку сильного лінзування; три поля залишків мають збігатися за напрямком.
• Ефект зовнішнього поля (середовище): внутрішні розподіли швидкостей супутникових/карликових систем передбачувано пригнічуються або посилюються зі зміною напруженості поля господаря, маючи спільний переважний напрямок.
• «Компас» залишків: просторові карти залишків у швидкісних полях і лінзуванні вирівнюються та вказують на той самий напрям зовнішнього поля; зливши їх у тензорну топографію, можна пояснити тонкі анізотропії «відстань—червоне зміщення».
• Єдине читання зіткнень скупчень: під статистичною тензорною гравітацією піки збіжності, згенеровані видимим розподілом плюс зовнішніми тензорними полями, краще відтворюють спостережувані орієнтації та форми без «латок під частинки» для окремих кейсів.
• Локальна відтворюваність: у лабораторії та в межах Сонячної системи короткодіючий граничний випадок ядра вироджується в звичну гравітацію, уникаючи конфліктів поблизу.

Підсумок розділу

1. Парадигма частинок темної матерії подає надлишкову тягу як додаткову масу й працює в першому наближенні; однак через поєднання маломасштабної «акуратності», міжметодних зсувів, різнотипності кейсів і мікрорівневої «тиші» вона дедалі більше спирається на латання та підгонку.
2. Статистична тензорна гравітація + єдине тензорне ядро переосмислюють ті самі дані так:

• генерують зовнішньодискову тягу безпосередньо з видимої густини, не додаючи частинок,
• об’єднують динаміку та лінзування на одній базовій карті тензорного потенціалу,
• перетворюють напрямно узгоджені, чутливі до середовища залишки на пікселі тензорної топографії.

3. Якщо підхід «одне ядро для багатьох задач» підтвердиться на ширшому класі систем, потреба в частинках темної матерії відпаде; тоді «надлишкова тяга» виглядатиме як статистична відповідь енергетичного моря, а не як досі не виявлена родина частинок.