Negatif kütleli tuhaf ‘karanlık sıvı’ evrene egemen olabilir…

Utanç verici, ancak astrofizikçiler ilk kez itiraf ettiler.

En iyi teorik modelimiz evrenin sadece% 5’ini açıklayabilir. Kalan% 95’i neredeyse tamamen görünmez, bilinmeyen maddeden, karanlık enerji ve karanlık madde olarak adlandırılır.  Dolayısıyla, gözlemlenebilir evrende milyarlarca trilyon yıldız olmasına rağmen, bildiğimiz madde aslında son derece nadirdir.

İki gizemli karanlık madde, yalnızca yerçekimi etkilerinden çıkarılabilir. Karanlık madde görünmez bir malzeme olabilir, ancak çevreleyen maddeye ölçebileceğimiz çekim kuvveti uygular. Karanlık enerji, evrenin hızlanan bir hızla genişlemesini sağlayan itici bir kuvvettir. İkisi her zaman ayrı fenomenler olarak kabul edildi.

Negatif kütleler, bir tür negatif yerçekimine sahip olan ve etraflarındaki diğer tüm malzemeleri iten varsayımsal bir madde şeklidir. Bilinen pozitif kütle maddesinden farklı olarak, eğer negatif bir kitle itildiyse, sizden uzağa değil, size doğru hızlanır.

Negatif kitleler kozmolojide yeni bir fikir değildir. Tıpkı normal madde gibi, negatif kütle parçacıkları evren genişledikçe daha fazla yayılır – bu da itici güçlerinin zamanla zayıflayacağı anlamına gelir. Bununla birlikte, çalışmalar evrenin hızlanan genişlemesini sağlayan gücün durmaksızın sabit olduğunu göstermiştir. Bu tutarsızlık daha önce araştırmacıları bu fikri bırakmaya yönlendirmiştir. Karanlık bir sıvı varsa, zamanla incelmemelidir.

Yeni çalışmada, negatif kitlelerin sadece var olmalarına değil, sürekli olarak yaratılmalarına izin vermek için Einstein’ın genel görelilik teorisinde bir değişiklik yapmak gerekir. “Maddi yaratım” hali hazırda Sabit Devlet modeli olarak bilinen Büyük Patlama’ya alternatif bir teoriye dahil edildi . Ana varsayım, (pozitif kütle) maddenin, evren genişledikçe materyali doldurmak için sürekli yaratıldığıydı. Şimdi bunun kanıt olduğunu gözlemsel verilerden biliyoruz. Bununla birlikte, bu, negatif kütle maddesinin sürekli olarak yaratılamayacağı anlamına gelmez. Bu varsayım karanlık sıvının asla çok ince bir şekilde yayılmadığını gösteriyor. Bunun yerine tam olarak karanlık enerji gibi davranır.

Aynı zamanda karanlık maddenin fiziksel doğasını da açıklayabildiğini görmek için bu varsayımsal evrenin 3D bilgisayar modeline göz atmak gerekir. Galaksilerin, modellerimizin öngördüğünden çok daha hızlı döndüğünü açıklamak için karanlık bir madde getirildi . Bu, kendilerini birbirlerinden dönmelerini engellemek için görünmeyen bazı ek maddelerin mevcut olması gerektiği anlamına gelir.

Model, karanlık sıvının etrafındaki itici kuvvetin bir galaksiyi bir arada tutabildiğini gösteriyor. Pozitif kütle galaksisinden gelen ağırlık, her yönden negatif kütleleri çeker ve negatif kütle sıvısı galaksiye yaklaştığında, sırayla uçmadan daha yüksek hızlarda dönmelerini sağlayan galaksiye daha güçlü bir itici kuvvet uygular. Bu nedenle basit bir eksi işaretinin fizikteki en uzun süredir devam eden problemlerden birini çözebileceği anlaşılmaktadır.

Evren gerçekten bu kadar garip mi?

Biri, bu sesin biraz uzaklaştığını iddia edebilir. Fakat negatif kitleler tuhaf olsalar da, sandığınızdan çok daha az gariptirler. Yeni başlayanlar için, bu etkiler sadece bize özgü ve tanıdık gelmeyebilir, çünkü biz olumlu kitlelerin egemen olduğu bir bölgede yaşıyoruz.

Fiziksel olarak gerçek olsun ya da olmasın, negatif kütleler zaten çok sayıda alanda teorik bir role sahiptir. Sudaki hava kabarcıkları negatif bir kütleye sahip olarak modellenebilir. Son laboratuvar araştırmaları, negatif kütleleri olsaydı, aynen olduğu gibi davranan parçacıklar üretti .

Fizikçiler zaten negatif enerji yoğunluğu kavramıyla rahatlar. Kuantum mekaniğine göre, boş alan, yerlerinde negatif olabilen dalgalı arkaplan enerjisinden oluşan bir alandan oluşuyor – dalgalara ve varlığa giren sanal parçacıklara yol açıyor. Bu, laboratuarda ölçülebilen küçük bir güç bile yaratabilir.

Yeni çalışma, modern fizikteki birçok problemin çözülmesine yardımcı olabilir. Bizim olan Sicim kuramı, birleştirmeyi en iyi umut evrenin Einstein’ın teorisi ile kuantum dünyasının fiziği, şu anda gözlemsel kanıtlarla uyumsuz olarak görülüyor. Bununla birlikte, sicim teorisi, boş uzayda enerjinin negatif olması gerektiğini, bu da negatif kütleli koyu bir akışkan için teorik beklentileri desteklemektedir.

Dahası, hızlandırıcı bir evrenin keşfi arkasındaki ekip şaşırtıcı bir şekilde negatif bir kitlesel kozmoloji için kanıt saptadı, ancak bu tartışmalı bulguları “fiziksel olmayan” olarak yorumlamanın makul tedbirini aldı.

Teori aynı zamanda evrenin genişlemesini ölçme problemini de çözebilir. Bu, Hubble-Lemait Yasası ile daha uzak galaksilerin daha hızlı bir şekilde uzaklaştığı gözlemini açıklar. Hız ve galaksinin mesafesi arasındaki ilişki “Hubble sabiti” tarafından belirlenir, ancak bunun ölçümleri değişmeye devam etmiştir. Bu kozmolojide bir krize yol açmıştır . Neyse ki, negatif bir kitlesel kozmoloji, Hubble’ın “sabitinin” zaman içinde değişmesi gerektiğini matematiksel olarak öngörüyor. Açıkçası, bu garip ve sıradışı yeni teorinin bilimsel dikkatimizi hakettiğine dair kanıtlar var.

Buradan nereye

Kozmoloji alanının yaratıcısı Albert Einstein, Stephen Hawking de dahil olmak üzere diğer bilim insanlarıyla birlikte negatif kitleler düşündü. Aslında, 1918’de Einstein, genel görelilik teorisinin onları içermek için değiştirilmesinin gerekebileceğini bile yazdı .

Bu çabalara rağmen, negatif bir kitlesel kozmoloji yanlış olabilir. Teori, şu anda açık olan birçok soruya cevap veriyor gibi görünüyor; bilim adamlarının – kesinlikle haklı olarak – şüpheli olacakları. Ancak, genellikle uzun süredir devam eden sorunlara cevaplar veren fikirlerin başında gelir. Güçlü biriken kanıtlar şimdi bu olağandışı olasılığı göz önünde bulundurmamız gerektiği noktasına geldi.

Şimdiye kadar inşa edilecek en büyük teleskop – Kare Kilometre Dizisi (SKA) – evrenin tarihi boyunca galaksilerin dağılımını ölçecektir. SKA’yı gözlemlerini hem negatif kütle kozmolojisi hem de standart olanla ilgili teorik tahminlerle karşılaştırmak için kullanmayı düşünüyorum – sonuçta negatif kütlelerin gerçekliğimizde var olup olmadığını kanıtlamaya yardımcı olur.

Kilometre Kilometre Dizisi cevaplar sağlayabilir. SKA Proje Geliştirme Ofisi ve Swinburne Astronomi Prodüksiyonları , CC BY-SA

Açık olan, bu yeni teorinin bir sürü yeni soru ürettiğidir. Tüm bilimsel keşiflerde olduğu gibi, macera burada bitmiyor. Aslında, bu güzel, birleşik ve belki de kutuplaşmış evrenin gerçek doğasını anlama arayışı daha yeni başladı.