Nowa teoria może tłumaczyć brakujące 95 procent kosmosu

Mapa ciemnej materii rejonie G12 w przeglądzie KiDS. Źródło: KiDS Survey

Naukowcy z University of Oxford mogli rozwiązać jedną z największych zagadek współczesnej fizyki unifikując w najnowszym artykule naukowym ciemną materię i ciemną energię w jedno zjawisko: płyn charakteryzujący się “ujemną masą”. Gdybyśmy popchnęli ujemną masę, przyspieszyłaby w naszym kierunku. Ta zdumiewająca nowa teoria może także potwierdzać przewidywania Einsteina sprzed ponad 100 lat.

Nasz obecny, szeroko uznawany model wszechświata znany jako LambdaCDM, nie mówi nam nic o tym czym fizycznie jest ciemna materia i ciemna energia. Ich obecność wnioskujemy tylko na podstawie grawitacyjnego oddziaływania na inną, obserwowalną materię.

Nowy model opublikowany wczoraj w periodyku Astronomy and Astrophysics przez dr Jamie Farnesa z Oxford e-Research Centre, Department of Engineering Science, obejmuje nowe wyjaśnienie. Dr Farnes mówi: “Teraz sądzimy, że zarówno ciemną materię i ciemną energię można zunifikować w jeden płyn, który posiada swego rodzaju “ujemną grawitację” odpychając całą materię znajdującą się w jej pobliżu. Choć jest to dla nas osobliwa materia, to wskazuje, że nasz kosmos może być bardziej symetryczny niż myśleliśmy”.

Istnienie ujemnej materii wcześniej wykluczane było w oparciu o twierdzenie, że taka materia  rozrzedzałaby się wraz z rozszerzaniem wszechświata, co stoi w sprzeczności z naszymi obserwacjami wskazującymi, że ciemna energia nie rozrzedza się z czasem. Niemniej jednak, badania dr Farnesa stosują “tensor tworzenia”, który stałe tworzenie ujemnej masy. Dowodzi on,że dzięki temu, że coraz więcej ujemnej masy bezustannie powstaje, jej gęstość nie spada wraz z ekspansją kosmosu. W rzeczywistości, ów płyn wydaje się być taki sam jak ciemna energia.

Teoria dr Farnesa dostarcza także pierwszych prawidłowych  przewidywań zachowania halo ciemnej materii. Większość galaktyk rotuje tak szybko, że powinny ulec rozerwaniu, co wskazuje, że w całości musi je utrzymywać niewidoczne halo ciemnej materii. Nowe badania opublikowane wczoraj obejmują symulację komputerową właściwości masy ujemnej, która przewiduje formowanie się halo ciemnej materii takich jak te obserwowane za pomocą nowoczesnych radioteleskopów.

Albert Einstein po raz pierwszy wskazał na ciemny wszechświat dokładnie 100 lat temu, kiedy to wprowadził do swojego równania parametr znany jako “stała kosmologiczna”, który obecnie utożsamiany jest z ciemną energią. Einstein co prawda nazwał stałą kosmologiczną “największą pomyłką swojego życia”, aczkolwiek współczesne obserwacje astrofizyczne dowodzą, że jest ona rzeczywistym zjawiskiem.

Dr Farnes mówi: “Wcześniejsze próby połączenia ciemne energii i ciemnej materii prowadziły do modyfikowania ogólnej teorii względności Einsteina, co okazywało się niezwykle trudne. Nowe podejście uwzględnia dwa stare pomysły, o których wiadomo, że są zgodne z teorią Einsteina – ujemną masę oraz tworzenie materii – i łączy je ze sobą”.

“Skutek zdaje się idealny: ciemną energię i ciemną materię można zunifikować w jedną substancję, a obydwa skutki można prosto wytłumaczyć dodatnią masą surfującą po morzu ujemnej masy”.

Potwierdzeniem teorii dr Farnesa będą wyniki testów przeprowadzonych za pomocą najnowocześniejszego radioteleskopu SKA (Square Kilometre Array).

Dr Farnes dodaje: “Wciąż wiele teoretycznych kwestii i symulacji obliczeniowych przed nami, a LambdaCDM wyprzedza nas doświadczeniem o prawie 30 lat, ale czekam z niecierpliwością na sprawdzenie czy ta nowa, rozszerzona wersja LambdaCDM będzie zgadzała się z dowodami obserwacyjnymi. Jeżeli tak by było, wskazywałoby to, że brakujące 95% kosmosu ma estetyczne wyjaśnienie: zapomnieliśmy o zwykłym znaku minus”.

Źródło: University of Oxford