Kan antigravitation förklara mörk materia och mörk energi?

Bild: Abulic apa /Creative Commons

Det finns några stora platshållare i vår förståelse av universum: mörk energi , mörk materia , gravitationsvågor . Det här är namnen på saker som skall existerar med vissa allmänna egenskaper för att våra mest omhuldade föreställningar om universum inte ska kollapsa, men deras exakta natur är ännu obestämd.

Det hela känns lite osäkert, eftersom bevis på att något av dessa begrepp inte existerar kan ifrågasätta andra, mer säkra föreställningar, som gravitationskraftens konstanta kraft i hela universum. Och medan vi har dessa stora tomrum som mörklägger stora områden av förståelse, har vi något liknande motsatsen i antimateria: vi kan lätt se det i laboratorier och i naturen, men vi inte har det enorma kosmiska tomrummet att passa in i. En borde finnas där ute, men vi ser den inte. Universum verkar vara sammansatt nästan helt av vanlig materia .

Så vi kan göra en koppling: det finns stora ämnen som vi ger kryptiska namn till, och samtidigt har vi ett välkänt koncept som borde ha ett stort kosmiskt tomt men inte har det. Enligt till en bit ut denna vecka in Fysik värld , ett par forskare vid Italiens Astrofysiska observatoriet i Turin hävdar en praktisk metod för att samla bevis för en helt ny kosmologisk modell som skulle radera dessa tomrum till förmån för en modell som involverar antigravitation.



Antigravitation är en teoretiserad egenskap av antimateria där den svarar på ett gravitationsfält på exakt motsatt sätt som vi kan förvänta oss att normal materia skulle göra. Samma sak bör gälla för materia-materia i närvaro av ett antigravitationsfält: att falla upp. Du kan se lockelsen i den typen av symmetri.

Faktum är att teorin som paret avancerar är ännu mer symmetrisk. Först utvecklad av CERN-fysiker Dragan Hajdukovic , vilar den allmänna idén på föreställningen att det inte finns något sådant som tomt utrymme. Istället, på grundnivån av ingenting, skulle vi hitta ett kontinuerligt skum av 'virtuella' partiklar som skapas och snabbt förstörs. Hajdukovic-tolkningen lägger till antigravitation. Inom kvantskummet vet vi att både en vanlig partikel och en antipartikel skapas (det är precis så vilken partikel med massa skapas), och om antigravitationen var verklig, skulle dessa partiklar stöta bort varandra eftersom de skulle ha motsatt gravitation ' kostnader.'

'Med antagandet att partiklar och antipartiklar som bildar QV [kvantvakuum] har motsatt gravitationsladdning, kan QV-energin vara kompatibel med den som tillskrivs mörk energi.'

Tagna i mycket stor skala, skulle vi hitta mycket av avstötning i universums tomma utrymmen, och det här kan vara vad vi annars skulle tänka som mörk energi – kraften som står för universums accelererande utvidgning. Det är en lockande tanke, men vi har just nu kommit till det stadium där vi kan testa hur antimateria beter sig som svar på gravitationen; det fortsatta antagandet är att det kommer att bete sig precis som vanlig materia, vilket faktiskt är ganska rimligt. Förvänta dig bekräftelse antingen för eller emot antigravitationsteorin inom en mycket nära framtid, som experiment pågår för närvarande vid CERN sätta 'fritt fallgränser' på fångade antiväteatomer.

Under tiden kan fysiker dock bli vilda. Hajdukovic-idén står också för mörk materia, förutom mörk energi, eftersom de virtuella partiklarna som skummar genom kvantvakuum kommer att utöva några massiva attraktiv gravitationskraft också, vilket förstorar de normala gravitationseffekterna av föremål i rymden. Kvantvakuumet är alltså attraktivt och frånstötande på precis rätt sätt för att förklara våra 'mörka' problem.

Hajdukovic föreslog att detta skulle kunna testas med något mycket litet stjärnobjekt som har en ännu mindre satellit som färdas i en elliptisk bana. Nu tror forskarna i Turin att de har hittat en lämplig kandidat i dvärgplaneten UX25, som kretsar runt solen i den allmänna regionen av Neptunus och kan observeras med hjälp av ström- eller näraströmteleskop.

'Med antagandet att partiklar och antipartiklar som bildar QV [kvantvakuum] har motsatt gravitationsladdning, kan QV-energin vara kompatibel med den som tillskrivs mörk energi och samma hypotes kan användas för att förklara de effekter som nu tillskrivs mörk materia.' a färsk tidning från Turin duon sammanfattar. 'Från astronomisk synvinkel bör dock konsekvenserna av att tillskriva en gravitationseffekt till QV i princip övervägas på alla skalor, inte bara på de kosmologiska som behövs för att förklara den mörka energieffekten.'

Dvärgplaneten UX25 sedd genom ett teleskop. Bild: Wikimedia Commons/Kevin Heider

När det gäller UX25 är det precis tillräckligt långt bort från solen för att ses som ett 'stängt' system, gravitationsmässigt sett. 'Den extra gravitationskällan som representeras av [kvantskum] skulle med nödvändighet inducera en avvikelse från den perfekta symmetrin hos gravitationsfältet som är nödvändig för att ha slutna banor', fortsätter tidningen, 'och därför visa sig som ett överskott av förskjutningen av pericentrum av en kropp som kretsar runt en central gravitationskälla.'

I enklare termer, med tanke på systemets relativt höga känslighet för gravitationspåverkan, 'egenskaperna hos kvantvakuum som beskrivs i Hajdukovics teori skulle applicera en ytterligare [gravitations]kraft på UX25, vilket stör systemets omloppsbana,' Alberto Vecchiato, ena halvan från Turin-teamet, berättade Fysik värld . Den extra gravitationspåverkan skulle inducera en extra vingling i dvärgplanetsystemet, precis tillräckligt stor för att kunna upptäckas av rymdteleskopet Hubble och dess efterföljare, James Webb rymdteleskopet. Enligt tidningen skulle det dock mer sannolikt vara det senare, eftersom upptäckt kommer att ta några år av kontinuerlig observation och HST är på väg ut.

 Hajdukovic-teorin är inte precis en populär kandidat inom astrofysik och kosmologi, och jag frågade Vecchiato och hans studieförfattare Mario Gai vad de trodde chanserna var att få de nödvändiga åren av teleskoptid för att göra de nödvändiga observationerna av UX25.

'Frågan om att få observationstid är verkligen kritisk,' svarade Gai. 'För ett riskfyllt ämne, som kanske ger resultat – vilket i alla fall i så fall skulle vara mycket viktigt - är det möjligt, men långt ifrån givet, att få lite resurser. Institutioner och byråer är redo att ta vissa risker, efter en noggrann utvärdering , om den potentiella avkastningen är hög. För [rymdteleskopet James Webb] eller stora, markbaserade AO [optiska] teleskop, skulle problemet kan vara acceptabelt. Men vi är inte där än.” Det bör inte heller noteras, är James Webb själv: det lanseras 2018, förhoppningsvis.

Gai noterade att de unika egenskaperna hos UX25 gör det värt att observera av skäl långt bortom antigravitationsteorier. 'UX25 är en intressant 'testpartikel', ganska känslig för störningar, oavsett källan', sa han. 'Därför skulle det vara vettigt att övervaka det, för att kontrollera avvikelser
från känd fysik.'

Och avvikelser från känd fysik är alltid bara pilar mot ny fysik, oavsett om de inkluderar antigravitation eller inte.