Астрофизик Ави Леб из Гарвардского университета посвятил день размышлениям над гипотезой частиц с отрицательной массой как возможного объяснения темной материи и темной энергии. Идея появляется как альтернатива стандартной космологической модели, которая приписывает 84% материи во Вселенной невидимым компонентам, выведенным только на основе гравитационных эффектов.
Леб отходит от нынешнего консенсуса. Обычная материя составляет лишь 5% бюджета космической массы-энергии. Остальные 27% соответствуют темной материи, которая оказывает притягивающую гравитацию, а 68% приходится на темную энергию, связанную с отталкивающей гравитацией, которая ускоряет расширение Вселенной. Оба обнаруживаются косвенно, без непосредственного наблюдения.
Известные частицы и потенциальная нестабильность
Все наблюдаемые на сегодняшний день частицы имеют положительную массу. Если бы с ними были сильно связанные частицы с отрицательной массой, известная материя могла бы распасться до состояний с более низкой энергией. Это сделало бы материю нестабильной в космологических масштабах времени.
Однако автор считает связь достаточно слабой, чтобы поддерживать стабильность положительной материи на протяжении всего возраста Вселенной. В этом сценарии космическое море отрицательных частиц будет влиять на концентрации положительных масс, таких как галактики и крупномасштабные структуры.
Аналогия с электрическим экранированием
Леб обращается к физике плазмы, чтобы проиллюстрировать эту концепцию. В плазме с положительными и отрицательными зарядами дополнительный заряд подвергается экспоненциальному экранированию с расстоянием в соответствии с дебаевской длиной, описанной Питером Дебаем в 1923 году. Электрическое влияние значительно уменьшается за пределами этого диапазона.
В гравитации поведение иное, поскольку сила притягивает массы одного знака. Концентрация положительной массы привлечет как положительные, так и отрицательные массы. Возникающие в результате отрицательные частицы будут генерировать отрицательную инерцию, которая может частично нейтрализовать положительную массу и имитировать гравитационное экранирование.
Эта защита будет эффективной при низких ускорениях, подобных режиму, в котором Модифицированная ньютоновская динамика (МОНД) предполагает изменения инерции или гравитации. Теория MOND, разработанная Моти Милгромом, изменяет поведение при низких ускорениях, близких к космологическому порогу, связанному со скоростью света, деленной на возраст Вселенной.
- Положительная массовая концентрация притягивает отрицательные частицы.
- Отрицательные частицы уменьшают наблюдаемую чистую инерцию
- Эффект имитирует экранирование, подобное электрической плазме.
- Низкие ускорения делают явление более выраженным.
Гипотетические сценарии и ограничения
Астрофизик обрисовал сценарии, в которых темная материя появляется в результате снижения инерции ниже порога MOND. Частицы с отрицательной массой также могут способствовать отрицательному давлению, связанному с темной энергией, объясняя временное совпадение между формированием структуры и ускоренным расширением, наблюдаемым во второй половине космической истории.
Однако он признает фундаментальные проблемы квантовой теории поля для частиц отрицательной массы. Рассмотренные сценарии, вероятно, физически нежизнеспособны. Тем не менее, интеллектуальное упражнение выявило интересные практические последствия.
Теоретические приложения в двигательной сфере
Материя с отрицательной массой может нейтрализовать положительную массу полезной нагрузки. Объединенная система будет иметь нулевую чистую массу и не будет нуждаться в топливе, чтобы покинуть гравитационный колодец Земли. Леб упоминает гипотетическую возможность использования этой технологии инопланетянами в космических кораблях.
Он связывает эту тему с дискуссиями о неопознанных аномальных явлениях (НАП). Будущая публикация Пентагоном файлов может дать подсказку о транспортных средствах, которые работают без традиционной силовой установки.
Ограничения, налагаемые черными дырами
В качестве дополнительного размышления Леб заметил в другом тексте, что астрофизические черные дыры накладывают ограничения на существование частиц с отрицательной массой. Если бы они существовали, процесс аккреции привел бы к быстрому расхождению наблюдаемых масс, что противоречит современным данным.
Этот анализ подтверждает, что частицы с отрицательной массой значительных величин не существуют в природе, по крайней мере, в том смысле, который не противоречил бы наблюдениям за черными дырами.
Споры о природе темной материи и темной энергии остаются открытыми. Научное сообщество продолжает искать объяснения, сохраняющие уравнения Эйнштейна, или предлагает модификации в космологических масштабах.
