Отрицателната маса е навсякъде във физиката. Освен това обяснява тъмната материя

Изобразяване на това как биха изглеждали нишките на Тъмната материя, ако ги виждаме с невъоръжени очи. Жълтите петна представляват галактики.

В началото на декември 2018 г. блогосферата на физиците излезе на бял свят заради хартия от 2017 г. (всъщност все още предпечат към тази дата: arXiv: 1712.07962), в която авторът Джеймс Фарнес, Университета в Оксфорд, се опитва да обясни Dark Matter и Dark Energy с на пръв поглед глупава хипотеза: наличието на течност с отрицателна маса, която прониква във Вселената. Самата идея не е нова и авторът признава минали творби на Алберт Айнщайн, Херман Бонди и други. С две думи материята с отрицателна маса се държи по следния начин:

  • Положително-положително взаимодействие: двете частици се привличат взаимно;
  • Отрицателно-отрицателно взаимодействие: двете частици се отблъскват една друга;
  • Положително-отрицателно взаимодействие: и двете частици се ускоряват в една и съща посока, насочвайки се от отрицателната маса към положителната маса.

Като физик на частици не съм особено убеден в аргумента, но признавам, че може да има вратичка, ако позволим на масата да бъде ефективен параметър, както в физиката на твърдото тяло, като по този начин нарушава (поне привидно) заветната еквивалентност принцип. Това означава, че масата, която влиза в уравнението, управляващо гравитационното поведение на тази течност, не е строго еквивалентна на инерционната маса (тази, която се появява в славния закон на движенията на Нютон като F = ma). Моето разбиране е, че агрегатите от обикновена материя могат да представят такова поведение при необичайни обстоятелства, често свързани с много ниска температура. Например, дори електроните могат да проявяват ефективна маса в режим на свръхпроводимост (H. Frölich, Nature том 168, стр. 280–281). Има индикации, че отрицателната ефективна маса, която възниква от периодичния потенциал на решетките, може да обясни редица странни свойства на високотемпературните свръхпроводници (cond-mat / 0210455).

Хартата на Фарнес далеч надхвърля основните спекулации. Авторът твърди, че може да обясни изравняването на кривите на въртене на галактиката, образуването на галактически ореоли на Тъмната материя, големите образувания като нишки от тъмна материя, свързващи галактики, и дори крайната съдба на Вселената (спойлер: тя би се разширила и свила циклично ). Не съм астрофизик и предпочитам да оставя на експертите да дадат някакъв смислен коментар на тези твърдения. Някои говореха, казвайки, че моделът е толкова измислен, че в крайна сметка човек може да се позове на бръснача на Occam и да продължи да продължава с ΛCMD модела на космологията. Лично някои от аргументите в документа ми звучат доста махане с ръка, например обяснението на плоскостта на пространството и позицията на първия пик на силовия спектър на CMB (виж раздел 4.4). От друга страна, намерих много стимулиращи аргументи в подкрепа на преразглеждане на интерпретацията на някои критични измервания, като разширяване на Вселената с експлозии на Supernovae. Докато самите измервания се приемат за даденост, това, което може да е неправилно, е набор от предположения, които водят до окончателни интерпретации. Най-вече положителността на плътността на енергийната енергия, която почти винаги се налага, въпреки че в някои случаи самите експерименти изглежда предпочитат друго (вж. Раздел 4.1 за повече подробности). От байесовска гледна точка мога само да ви предупредя, че повечето ни грешки са причинени от неправилни предположения: това винаги е преди!

Във всеки случай намерих модела достатъчно прост, за да бъде реализиран в компютърен код, който може да се стартира на лаптоп. В документа можете да намерите препратка към по-правилното им изпълнение, докато моят изглежда по-скоро като анимация, а не като реалистична симулация. Кодът се основава на предишна симулация на Dark Matter, която създадох преди няколко години. Можете да прочетете повече за този модел в тази публикация. Новият, адаптиран код можете да намерите тук. За да го изпълните, трябва да инсталирате Processing и библиотеката за физика на Traer. В моята реализация, различно от това, което мисля, че е направил Джеймс Фарнес, създавам цялата материя с положителна маса, но приписвам отрицателно свързване (-G) на взаимодействия между отрицателно-отрицателни обекти.

Разпръсквам произволно с равномерно разпределение на частиците с отрицателна маса. Вместо това, редовната материя е поставена в две „групи“, които представляват приблизително две галактики. Какво мислите, че ще се случи? Симулацията на N-тялото протича без изрична дългосрочна цел. Поне интуитивно става това, че редовната материя се опитва да се слее още повече, докато отрицателната материя има тенденция да се разширява. Интересна динамика обаче се случва в близост до големи струпвания от редовна материя: отрицателните частици са привлечени от „галактиките“, но не стават твърде концентрирани поради самоотблъскване. Според документа на Фарнес, нетният ефект е създаването на „ореол“ около галактики и „нишки“, които ги свързват. Можете ли да забележите тези неща във видеото? Или това е просто пожелателно мислене?

За да завършим, беше даден нов живот на старата и доста не модна идея за отрицателно-масова материя, за да обясни някои от най-големите мистерии на Вселената: Тъмната материя, Тъмната енергия и цялостната динамика на формациите в космологичен мащаб. Ако извънредните претенции изискват извънредни доказателства, не мисля, че такива доказателства са представени извън никакво разумно съмнение. Може обаче да не е нито първият, нито последният път, когато модел-играчка се развива в нещо по-сложно.

Първоначално публикуван в disipio.wordpress.com на 9 декември 2018 г.