Астрофізики ніяк не зрозуміють, що робити з темною матерією

Усе нижчевикладене - лише версія, яка випливає з однієї обставини: будь-яка теоретична модель у кращому разі пояснює лише 5% видимого Всесвіту.

Власне кажучи, 5% то і є видимий Всесвіт. За умови, що наші розрахунки правильні і не містять методологічної помилки. Решта 95%, як передбачається, являє собою щось, відоме як "темна енергія і "темна матерія". Зірки, як ми їх бачимо, дуже рідкісні і не визначають картину навколишнього світу.

Цікаво, що ці сутності можуть бути виведені тільки з гравітаційних ефектів. Темна матерія залишається невидимою, але чинить гравітаційний вплив на навколишню матерію, яку ми вимірюємо.

Своєю чергою, темна енергія - немов би сила відштовхування, яка змушує всесвіт розширюватися зі швидкістю, що прискорюється. Тобто йдеться про два окремі феномени. Але якщо їх об'єднати в одну дивну концепцію, то з'явиться така собі "темна рідина" з від'ємною масою. І такої версії дотримується вже значна частина астрофізиків.

LIGO шукає частинкиНегативні маси - це гіпотетична форма матерії, яка має властивість негативної гравітації, відштовхуючи від себе матеріальні об'єкти. На відміну від знайомої "позитивної матерії", яка забезпечує стабільність малих зоряних або екзопланетарних систем.

Негативні маси не нова ідея в космології. Згідно з цією концепцією, частинки з від'ємною масою будуть розширюватися в міру розширення Всесвіту і це означає, що їхня сила відштовхування з часом слабшає. Однак сила, що прискорює розширення всесвіту, постійна. Тобто якщо існує темна рідина, то вона не повинна стоншуватися з часом.

Тому прихильники такого підходу мають намір модифікувати загальну теорію відносності Ейнштейна, щоб дозволити від'ємним масам не тільки існувати, а й створюватися безперервно. "Створення матерії" вже було включено в ранню стаціонарну, а потім уже квазістаціонарну модель.

Основне припущення полягало в тому, що матерія (позитивна маса) постійно створювалася для поповнення матеріалу в міру розширення Всесвіту. Тепер зі спостережних даних ми знаємо, що це невірно. Однак це не означає, що матерія з негативною масою не може створюватися безперервно.

Передбачувана темна рідина ніколи не поширюється занадто швидко. Вона поводиться точно так само, як темна енергія.

Темна матерія, за тією логікою, була введена, щоб пояснити надто швидке обертання галактик, - принаймні щодо прийнятих моделей. Сила відштовхування від темної рідини утримує галактику в "цілому" вигляді, не дозволяючи зіркам "розбігтися" в різні боки.

Гравітація з галактики з позитивною масою притягує негативні маси з усіх боків, і коли рідина з негативною масою наближається до галактики, вона, зі свого боку, створює сильнішу відштовхувальну силу для галактики, "розкручуючи" її до більш високих швидкостей. Тому звичайний знак "-" може вирішити одну з найдавніших проблем у фізиці.

Що таке негативна маса?Найцікавіше, що, будучи невизнаними "реальністю", негативні маси вже відіграють значущу теоретичну роль в астрофізичному моделюванні. Відомо, що деякі створені Великим колайдером частинки поводяться точно так само, як якби вони мали негативну масу.

Крім того, поняття від'ємної маси випливає з квантової фізики, згідно з якою порожній простір складається з поля флуктуйованої фонової енергії, яка може бути і від'ємною, породжуючи хвилі та віртуальні частки, що з'являються і зникають. Лабораторно доступні вимірювання.

Передбачається, що дослідження в тій царині допоможуть розв'язати багато проблем сучасної фізики - насамперед для "струнщиків", які намагаються об'єднати фізику квантового світу з теорією відносності Ейнштейна. Щоправда, дані спостережень ніяк не підтверджують ні теорію струн, ні теорію негативної маси. Проте, як модель вона продовжує існувати.

Потрібно, втім, визнати, що "чиста" теорія дає відповіді на багато питань. Найчастіше це нестандартні ідеї виявляються згодом більш вдалими, ніж прийняті тлумачення. Але тут потрібно застерегти, що, незважаючи на великий обсяг експериментальних даних, що не узгоджуються зі стандартними академічними теоріями, вчені з побоюваннями дивляться на подібні інновації. А раптом проблема не в теорії, а в методології та в методиці.

Формула неправильна або неточна? Закони природи, може, і незмінні. Тільки от є проблема з розумінням самої природи цих законів...

У всякому разі, подивимося, що підкаже найбільший із будь-коли побудованих телескопів (СКА), який призначений для вимірювання розподілу галактик упродовж усієї історії Всесвіту. Зрештою, методологічна проблема астрофізики, як і будь-якої науки, полягає в тому, що спочатку виникає теорія, а потім вона перевіряється за серією спостережень. Хоча первинними мають бути факти.

Будемо відверті: так, частинки з від'ємною масою-енергією час від часу з'являються в літературі як теоретичні спекуляції. Строго кажучи, вони не заборонені жодною теорією, але ми не можемо довести їх існування.

До того ж виникає плутанина з антиматерією, точніше кажучи, її “позитивною масою”. Матерія з іншого полюсу — це так звана "екзотична матерія".

Відповідно, ми маємо справу щоменше з чотирма сутностями, які намагаємось просунути в стандартну модель фізики. Не дуже виходить.

Проблема з екзотичною матерією полягає в тому, що її густина менша, ніж у вакуумному варіанті. Це означає, що пустота розпадається на частинки екзотичної матерії. Таким чином, вакуум фізично еквівалентний нестабільності.

Як би виглядав всесвіт, де існують частинки з від'ємною масою?

Квантова теорія пропонує два типи частинок: "реальні" та "віртуальні". Віртуальні частинки ніколи не спостерігаються безпосередньо; вони лише беруть участь у взаємодіях.

Але оскільки віртуальним частинкам дозволено існувати з меншою енергією, ніж їхня маса спокою (яка є додатною, за винятком екзотичної матерії), вони створюються навіть у вакуумі (знульовою енергією) лише для того, щоб за мить анігілювати. Так виникають вакуумні флуктуації.

Але якби існували екзотичні частинки з негативною енергією, вакуумні флуктуації могли б створити реальні частинки цього типу. З відповідним енергетичним ефектом.

Тож ми могли б спостерігати процес виринання з вакууму екзотичної пари частинка-античастинка, що продукує випромінювання певної довжини. І цей процес відбувався б постійно, весь час.

А оскільки новий стан екзотичної пари має менше енергії, ніж вакуум, тоді б ми спостерігали колапс Ніщо.

Колапс вакууму знищив би всесвіт за короткий час, перезапустивши його в нову версію вакууму. Де тут “позитивні” частинки, а де “негативні” — питання власних уподобань.

Виникає питання: чи не сталося це в нашому ранньому всесвіті? чи живемо ми у всесвіті, який є результатом фазового переходу?

Так. Якщо йде мова про ранній всесвіт, який перейшов з фальшивого вакууму поля Гіггса у стан заряджених ферміонів та векторних бозонів слабкої взаємодії.

Тобто коли речі стали масивними.

Водночас якби екзотична матерія існувала, вона могла б мати дуже цікаві застосування прямо з науково-фантастичних історій: безінерційний рух, стабілізація просторово-часової червоточини або їх комбінація.

Якщо чесно, все це нагадує переспів теми ефіру. Але це так, думки вголос...

Джерело: The Conversation

Поділитися:

Написати коментар