Космическая жидкость: как смешали темную материю и энергию

Выдвинута новая теория, объясняющая темную материю и темную энергию

Британский астроном предложил модель космической жидкости с отрицательной массой — она объединяет космическую энергию и космическую материю в единую сущность. По словам ученого, гипотеза удачно объединяет идеи, совместимые с теорией относительности.

Британский астроном из Оксфорда предложил новую космологическую модель, в которой и темная материя, и темная энергия объясняются единой сущностью. По его мнению, существует космическая жидкость с отрицательной массой, причем ее все время становится больше. Свою версию он изложил в статье в журнале в журнале Astronomy and Astrophysics.

Современная общепринятая модель Вселенной, Лямбда-CDM, подразумевает, что пространственно-плоская Вселенная заполнена, помимо обычной барионной материи, темной энергией и холодной темной материей.

Реклама

Первая отвечает за наблюдаемое ускоренное расширение пространства. Существует несколько гипотез о ее устройстве, согласно одной, например, темная энергия — это следствие энергии вакуума. Темная материя отвечает сразу за множество наблюдательных феноменов, в том числе темп роста структур во Вселенной, зависимость скорости вращения звезд от расстояния до центра галактик (кривые вращения) и суммарную массу скоплений галактик, которая определяется при помощи гравитационного линзирования. Большинство существующих ныне гипотез объясняют существование темной материи неоткрытыми пока массивными элементарными частицами.

Однако модель ничего не говорит о том, чем темная энергия и темная материя являются физически. О них известно только благодаря их гравитационному эффекту, оказываемому на наблюдаемое вещество.

Модель, представленная доктором Джейми Фарнсом, предлагает новое объяснение этим феноменам. По словам ученого, темная материя и энергия могут составлять единый феномен – текучий поток, который обладает «отрицательной массой и гравитацией».

Ранее существование отрицательного вещества было исключено, так как считалось, что этот материал потерял бы плотность в процессе расширения Вселенной, что противоречит наблюдениям, указывающим на постоянство темной материи с течением времени. Однако предложенный в Оксфорде «тензор творения» создает модель с постоянно возникающей негативной массой (тензор — объект линейной алгебры, линейно преобразующий элементы одного линейного пространства в элементы другого). Новый тензор демонстрирует, что новая субстанция – «поток негативной массы» — не размывается, несмотря на расширение Вселенной.

«Сейчас мы считаем, что темную материю и темную энергию можно объединить в жидкость, которая обладает «отрицательной гравитацией» отталкивая всю остальную материю вокруг них. Хотя это вещество для нас необычно, оно предполагает, что космос симметричен как в положительных, так и в отрицательных свойствах», — говорит Фарнс.

Первое предположение о «темной Вселенной» высказал 100 лет назад Альберт Эйнштейн, когда обнаружил в своих уравнениях параметр, известный как «космологическая постоянная», которую сегодня принято считать синонимом темной энергии. В записях 1918 года, описывая космологическую постоянную, ученый рассуждал, что теорию необходимо модифицировать так, чтобы это пустое пространство играло роль притягивания отрицательных масс, распространенных по всему межзвездному пространству. Тем самым Эйнштейн, возможно, предсказал Вселенную, наполненную отрицательными массами.

«Предыдущие подходы к объединению темной энергии и темной материи пытались модифицировать Общую теорию относительности Эйнштейна, что оказалось невероятно сложной задачей. Новый же подход берет две старые идеи, совместимые с теорией Эйнштейна, — отрицательные массы и создание вещества — и совмещает их, — объясняет Фарнс. —

Результат получается красивым: темная энергия и темная материя могут быть объединены в единое вещество, причем оба эффекта легко объясняются переносом вещества с положительной массой на множество отрицательных масс».

Ранее физики из РАН предположили распад темной энергии на темную материю. В разработанной модели космологическая постоянная не является неизменной, а медленно распадается на темную материю, и скорость этого процесса не зависит от внешних условий, а подчиняется исключительно внутренним свойствам самой темной энергии.

Такая модель позволяет объяснить аномалию в наблюдаемых параметрах красных смещений. «Если Эйнштейн прав на 100%, то темная энергия неизменна и вечна. Но что, если он прав только, скажем, на 99,99%? – задается вопросом Алексей Старобинский. – Темной энергии в природе так много, что если бы даже ничтожная доля ее за 14 миллиардов лет, прошедших с периода Большого Взрыва, распалась на известные элементарные частицы, в том числе на фотоны – кванты света, то это был бы колоссальный новый источник полезной для человечества энергии».