Учени от Оксфордския университет може би решиха един от най-големите проблеми в съвременната физика, с нова теория, обединяваща тъмната материя и тъмната енергия, в един феномен - флуид, който притежава "отрицателна маса".
Ако приложим натиск на обект с отрицателна маса, той щеше да се ускори към нас. Тази удивителна нова теория може да се окаже точно по едно предсказание на Айнщайн отпреди 100 години, съобщава ScienceDaily.
Екипът, ръководен от британския астрофизик Джейми Фарнс (Jamie Farnes), предлага космологичен модел, при който се произвежда отрицателна маса с постоянна скорост през цялата еволюция на Вселената. Този модел е в противоречие с общоприетите възглед на естеството на материята, но това е едно добро обяснение на повечето от ефектите, които обикновено се приписват на тъмната материя и тъмната енергия - по-специално, разширяването на Вселената, формирането на мащабна структура на Вселената и галактическото хало, кривите на въртене на галактиките и наблюдавания спектър на космическия микровълнов фон.
Статията е публикувана в Astronomy & Astrophysics и е достъпна на сървъра за предпринти arXiv.org.
Понастоящем повечето космолози смятат, че еволюцията на Вселената се описва от модела Ламбда-CDM, който предполага, че само малка част (да речем 5%) се състои от обикновена материя, а останалата част от тъмната енергия (Λ е космологичната константа) и тъмната материя (CDM, cold dark matter - студена тъмна материя). И според този модел, около 70% от Вселената да има тъмна енергия, 25 на сто - в студена тъмна материя (т.е. материя, чийто частици се движат с ниска скорост), а останалите само 5% - обикновената за нас барионна материя. Тези съотношения са определени чрез анализ на модела на космическия микровълнов фон.
Проблемът на ΛCDM модела е, че 95% от това, от което се състои Вселената, все още не е известно и не може да се проследи, независимо от непреките индикации, които съществуват и въпреки многото опити за директно откриване.
Разбира се, тъмната енергия може да бъде качествено описана с помощта на космологичната константа (ламбда) в уравнението на Айнщайн, но този метод не дава нови знания и не ни позволява да установим какво представлява тъмна енергия.
Ето защо много учени предлагат алтернативи.
И една такава алтернатива е теорията на Джейми Фарнс (Jamie Farnes) от изследователския център в Оксфорд, който смята, че тъмната материя и тъмната енергия не съществуват отделно, а са част от "по-тъмeн" флуид с "отрицателна маса". Такава материя би могла теоретично да съществува.
Още Айнщайн обяснява добавката си в уравнението с помощта на частици с отрицателна маса - при този подход, уравненията на движението стават симетрични като уравнението на електродинамиката, а членът ламбда възниква като константа без физически смисъл.
Но как биха изглеждали обекти с отрицателна маса в светлината на общата теория на относителността, която гласи, че гравитацията не е сила, а по-скоро, изкривено пространство-време? Просто отрицателната маса ще криви пространството в другата посока.
Материята с отрицателна маса е материя, която се ускорява в противоположна посока на силата. Частица с отрицателна маса отблъсква частици с положителна и отрицателна маса, докато "положителните" частици се привличат от "отрицателните" частици.
Взаимодействие на частици с отрицателна маса: черните стрелки показват силите, червените ускоренията (Jamie Farnes / Astronomy & Astrophysics)
Взаимодействия на частици с положителна и отрицателна маса: черните стрелки показват силите, червените ускоренията (Jamie Farnes / Astronomy & Astrophysics)
Взаимодействие на частици с положителна маса: черните стрелки показват силите, червените ускоренията (Jamie Farnes / Astronomy & Astrophysics)
По-подробно за свойствата на материята с отрицателна маса може да научите в статията "Отрицателната маса - екзотична, но възможна материя".
За съжаление, съществуването на отрицателна материя преди бе изключено, тъй като се смяташе, че такава материя ще става все по-малко, докато Вселената се разширява, което противоречи на наблюденията, които показват, че тъмната енергия не отслабва във времето.
Въпреки това астрофизикът Джейми Фарнс твърди, че е успял да свърже идеята на Айнщайн с наблюдателните данни. За да направи това, той съчетава идеята за отрицателната маса с друга контраинтуитивна идея за непрекъснатото и равномерно производство на маса в обема на Вселената. Той прилага "създаващ тензор" (creation tensor), който позволява постоянно да се създават отрицателни маси.
Модел на еволюция на "галактика" с положителна материя, потопена в "море" от отрицателна материя. (Jamie Farnes / Astronomy & Astrophysics)
Теоретично такива процеси наистина може да се случват около силно гравитационно поле (например ефектът на Хокинг). Имайки предвид подобни допълнения към стандартния тензор енергия-импулс за положителни маси, физикът написва и решава уравнението на Фридман, описващо развитието във времето на хомогенна и изотропна Вселена в рамките на Общата теория на относителността, и след това изчислява по какъв закон Вселената се разширява в този модел. Ученият не отчита приносът на обичайната тъмна материя и тъмна енергия. В резултат на това се оказа, че известните закони се възпроизвеждат, ако отрицателната маса се произвежда с постоянна скорост равна на −3H (където H е константата на Хъбъл).
В този случай плътността на отрицателната маса ще остане постоянна по време на разширяването и ще моделира ефективно космологичната константа. Фарнс демонстрира, че когато се създава непрекъснато все повече и повече материя с отрицателна маса, този флуид с отрицателна маса няма да намалее с разширяването на космоса. В този случай скоростта на разширяване и жизненият цикъл на Вселената са същите като в модела ΛCDM.
Всъщност флуидът се оказва идентичен с тъмната енергия.
Теорията на Фарнс също така дава първите правилни прогнози за поведението на тъмната материя. Повечето галактики се въртят толкова бързо, че би трябвало да се разкъсват, което предполага, че има невидим "ореол" от тъмната материя, която трябва да ги държи заедно.
Профил на масата на галактика, изчислен от Фарнс (в синьо) и наблюдаемият на практика (зелен пунктир) (Jamie Farnes / Astronomy & Astrophysics)
Новото изследване съдържа компютърна симулация на свойствата на отрицателната маса, която предсказва образуването на хало от тъмна материя точно като тези, изведените от наблюденията със съвременните радиотелескопи.
Кривата на въртене на една галактика, потопена във флуид на отрицателното вещество (в червено) и на галактика без него (в черно) (Jamie Farnes / Astronomy & Astrophysics)
Моделът с постоянно производство на отрицателна маса обяснява не само наблюдаваното разширяване на Вселената, но и дава едно добро обяснение на повечето от ефектите, които обикновено се приписват на тъмната материя и тъмната енергия - по-специално формирането на мащабна структура на Вселената и галактическото хало, кривите на въртене на галактиките и наблюдавания спектър на космическия микровълнов фон.
Колкото и да е странно, такава интуитивно неестествена хипотеза, която противоречи на общоприетото мнение за материята, е в пълно съгласие с данните от наблюденията. Освен това тя предлага по-простичко обяснение, привличайки "по-малко същности" по принципа на Окам. Както самият автор пише в заключение: "'Въпреки че това предложение е отстъпническо и еретично, в статията се предполага, че отрицателните стойности на тези параметри могат по принцип да обяснят данните от космологичните наблюдения, които винаги са били интерпретирани като част от разумното допускане за положителността на масата".
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
12196
1
11.12 2018 в 18:29
Последни коментари