Na łamach pisma „Astronomy & Astrophysics” pojawiła się intrygująca koncepcja, która może wyjaśniać jedną z największych zagadek we współczesnej fizyce. Idea ta łączy ciemną materią i ciemną energię w jedno zjawisko: płyn o ujemnej masie.

Ciemna energia, ciemna materia, normalna materia – WikiPedia

Autorem publikacji „Astronomy & Astrophysics” jest dr Jamie Farnes z Uniwersytetu Oxfordzkiego. – Zarówno ciemna materia jak i ciemna energia mogą zostać zunifikowane w płyn, który posiada pewien rodzaj „negatywnej grawitacji” odpychając wszystkie inne materiały znajdujące się wokoło. Chociaż ta sprawa jest dla nas osobliwa, sugeruje ona, że ​​nasz kosmos jest bardziej symetryczny, niż przypuszczaliśmy – powiedział Farnes.

Gdybyśmy taki zaproponowany przez fizyka płyn popchnęli, przyspieszyłby w naszym kierunku. Ten hipotetyczny płyn mógłby rozwiązać dwie najbardziej frustrujące tajemnice fizyki – dlaczego galaktyki podczas ruchu obrotowego nie rozpadają się, tylko trzymają się razem? I dlaczego Wszechświat rośnie dzisiaj znacznie szybciej  w porównaniu do przeszłości?

Obecny model ewolucji naszego Wszechświata, tzw. Model Lambda-CDM, nie mówi nam nic o tym, czym jest ciemna materia i ciemna energia. Wiemy o nich tylko z powodu ich grawitacyjnego wpływu na inną, obserwowalną materię. Wiemy też, że oba te elementy składają się na 95.1 proc. całej energii i materii we Wszechświecie.

Istnienie materii o ujemnej masie zostało wcześniej wykluczone, ponieważ uważano, że taka materia traciłaby swoją gęstość w miarę rozszerzania się Wszechświata, co jest sprzeczne z naszymi obserwacjami, które pokazują, że ciemna energia nie zanika w miarę upływu czasu. Ale nowy model sugeruje, że te egzotyczne cząstki, które są za to odpowiedzialne, są nieustannie tworzone we Wszechświecie. Zatem ciągłe powstawanie ujemnej masy sprawia, że jej gęstość nie spada w miarę rozszerzania się kosmosu. Sugerowany płyn wydaje się być tożsamy z ciemną energią.

– Teoria wydaje się wyjaśniać nie tylko ciemną materię, ale otrzymujemy również możliwe rozwiązanie dla ciemnej energii, jako bonus. Wydaje się, że prosty znak minus może być w stanie rozwiązać dwa z największych problemów w fizyce – powiedział Farnes.

Koncepcja Farnesa dostarcza również pierwszych poprawnych przewidywań dotyczących zachowania halo ciemnej materii. Większość galaktyk obraca się tak szybko, że powinny ulec rozerwaniu, co sugeruje, że niewidzialne halo ciemnej materii musi trzymać je razem. Badania zawierają komputerową symulację właściwości masy ujemnej, która przewiduje tworzenie się halo ciemnej materii, podobnie do tych, które są obserwowane przy użyciu nowoczesnych radioteleskopów.

Albert Einstein zaproponował podobny czynnik dokładnie 100 lat temu. W 1917 roku zasugerował, że próżnia przestrzeni musi zawierać wystarczającą energię, aby zrównoważyć skutki grawitacji. Do swoich równań wprowadził parametr znany jako „stała kosmologiczna”, która teraz jest utożsamiana z ciemną energią. Jednak w 1931 roku wycofał się z tej idei i nazwał ją swoją „największą pomyłką”, chociaż współczesne obserwacje astrofizyczne dowodzą, że jest to prawdziwe zjawisko.

– Poprzednie podejścia do łączenia ciemnej energii i ciemnej materii próbowały zmodyfikować ogólną teorię względności Einsteina, która okazała się niewiarygodnie trudna. Nowe podejście przyjmuje dwie stare idee, które są zgodne z teorią Einsteina – ujemną masę i tworzenie materii – i łączy je razem. Wynik wydaje się piękny: ciemną energię i ciemną materię można zunifikować w jedną substancję, przy czym oba efekty można po prostu wytłumaczyć jako dodatnią masę surfującą po morzu ujemnej masy – wyjaśnił Farnes.

Dowód na potwierdzenie koncepcji Farnesa mają przynieść testy przeprowadzone za pomocą najnowocześniejszego radioteleskopu znanego jako Square Kilometer Array (SKA). – Wciąż jest do rozwiązania  wiele teoretycznych problemów. Trzeba przeprowadzić wiele symulacji komputerowych, ale nie mogę się doczekać, czy nową, rozszerzoną wersję LambdaCDM potwierdzą obserwacje. Jeśli tak się stanie, będzie to wskazywało na to, że brakujące 95 proc. kosmosu ma bardzo estetyczne rozwiązane, zapomnieliśmy tylko o wprowadzeniu prostego znaku minus – powiedział Farnes.

Budowa SKA rozpocznie się w 2019 roku, a odpowiedzi na poprawność teorii Farnesa mogą się pojawić nie wcześniej niż w 2030 roku. Proponowana sieć radioteleskopów, która ma powstać w Południowej Afryce i Australii, wyprodukowałby wystarczającą ilość danych. Ale cząstki o ujemnej masie mogą wcześniej zostać wykryte w CERN, jeśli w ogóle istnieją.

– Oczywiście moja koncepcja nie musi być poprawna. Być może ostateczne dane pokażą, że nie ma materii o ujemnej masie, a może udowodnią, że jesteśmy nią otoczeni ze wszystkich stron. Tak czy inaczej, takie rozważania zbliżają nas do zrozumienia prawdziwej natury naszego Wszechświata – powiedział uczony.

 

 

Źródło: University of OxfordThe Conversation, DziennikNaukowy