Negatiivne mass on füüsikas kõikjal. See selgitab ka tumedat asja

Kujutis, millised näeksid välja Dark Matteri hõõgniidid, kui näeksime neid oma palja silmaga. Kollane laigud tähistavad galaktikaid.

Detsembri alguses 2018 läks füüsikute blogosfäär vaevama 2017. aasta paberi tõttu (tegelikult on see endiselt eeltrükk sellele kuupäevale: arXiv: 1712.07962), milles autor James Farnes, Oxfordi ülikool, üritab Dark Matter and Dark Energyt selgitada pealtnäha pretensioonikas hüpotees: Universumit läbistava negatiivse massiga vedeliku olemasolu. Idee ise pole uus ja autor tunnustab Albert Einsteini, Hermann Bondi ja teiste varasemaid töid. Lühidalt, negatiivse massiaine käitub järgmiselt:

  • Positiivne-positiivne interaktsioon: kaks osakest tõmbavad üksteist;
  • Negatiivne-negatiivne koostoime: kaks osakest tõrjuvad üksteist;
  • Positiivne-negatiivne koostoime: mõlemad osakesed kiirenevad samas suunas, suunates negatiivsest massist positiivse massini.

Tahkete osakeste füüsikuna ei ole see argument eriti veendunud, kuid tunnistan, et võib olla lünka, kui lubame massil olla tõhus parameeter nagu tahkisfüüsikas, rikkudes sellega (vähemalt ilmselt) hinnalist samaväärsust. põhimõte. See tähendab, et selle vedeliku gravitatsioonikäitumist reguleerivasse võrrandisse sisenev mass ei ole rangelt ekvivalentne inertsiaalse massiga (see, mis ilmub kuulsusrikka Newtoni liikumisseaduses nagu F = ma). Minu arusaam on, et tavalise aine agregaadid võivad sellist käitumist põhjustada ebaharilikes olukordades, mis on sageli seotud väga madala temperatuuriga. Näiteks võivad isegi elektronid ülijuhtivusrežiimis näidata efektiivset massi (H. Frölich, Nature maht 168, lk 280–281). On märke, et võre perioodilisest potentsiaalist tulenev negatiivne efektiivmass võib selgitada kõrgtemperatuuriliste ülijuhtide paljusid veidraid omadusi (cond-mat / 0210455).

Farnesi paber ulatub palju kaugemale põhilistest spekulatsioonidest. Autor väidab, et on võimeline seletama galaktikate pöördekõverate lamendamist, galaktiliste tumeda aine halode moodustumist, suuri formatsioone, nagu galaktikaid ühendavad tumeda aine kiud, ja isegi Universumi lõplikku saatust (spoiler: see laieneks ja kahaneks tsükliliselt) ). Ma ei ole astrofüüsik ja ma eelistan jätta ekspertidele nende väidete sisulised kommentaarid. Mõni rääkis, et mudel on nii välja töötatud, et lõpuks saab ta Occami habemenuga esile kutsuda ja minna edasi kosmoloogia MCMD mudeliga. Isiklikult kõlasid mõned paberil toodud argumendid mulle üsna käega vehkides, näiteks ruumi tasasuse ja CMB toitespektri esimese tipu asukoha selgitus (vt ptk 4.4). Teisest küljest olen leidnud väga ergutavaid argumente, mis toetavad mõnede kriitiliste mõõtmiste tõlgendamise ümbervaatamist, näiteks Universumi laienemine Supernovae plahvatustega. Kui mõõtmised iseenesestmõistetavad, võib vale olla eelduste kogum, mis viib lõpliku tõlgenduseni. Kõige olulisem on mass-energiatiheduse positiivsus, mida rakendatakse peaaegu alati, ehkki mõnel juhul näivad eksperimendid ise eelistavat teisiti (lisateavet vt punkt 4.1). Bayesi vaatenurgast võin teid vaid hoiatada, et enamiku meie vigadest põhjustavad valed eeldused: see on alati prioriteet!

Igal juhul olen leidnud, et mudel on piisavalt lihtne, et seda saaks rakendada arvutikoodis, mida saab kasutada sülearvutiga. Paberist leiate viite korrektsemale rakendamisele, samas kui minu versioon näeb pigem välja animatsioon kui realistlik simulatsioon. Kood põhineb eelmisel Dark Matter simulatsioonil, mille lõin paar aastat tagasi. Selle mudeli kohta saate rohkem lugeda sellest postitusest. Uue kohandatud koodi leiate siit. Selle teostamiseks peate installima töötlemise ja Traieri füüsikakogu. Oma teostuses, erinevalt sellest, mida ma arvan, tegi James Farnes, loon kogu mateeria positiivse massiga, kuid omistan negatiivse sidumise (-G) negatiivsete-negatiivsete objektide vahelistele interaktsioonidele.

Ma hajutan juhuslikult negatiivse massiga osakesi ühtlase jaotusega. Selle asemel paigutatakse tavaline aine kahte tükki, mis tähistavad umbes kahte galaktikat. Mis te arvate, mis juhtub? N-keha simulatsioon toimub ilma selge pikaajalise eesmärgita. Vähemalt intuitiivselt juhtub see, et tavaline mateeria püüab veelgi enam kokku saada, samas kui negatiivne aine kipub laienema. Huvitav dünaamika toimub aga tavaliste ainete suurte klompide läheduses: negatiivseid osakesi meelitavad „galaktikad“, kuid need ei koondu enesetõrjumise tõttu liiga palju. Netoefektiks on Farnesi paberi kohaselt galaktikate ümber oleva halo moodustamine ja neid ühendavate hõõgniitide moodustamine. Kas saate neid asju videol märgata? Või on see lihtsalt soovunelm?

Kokkuvõtmiseks anti vanale ja üsna moekale negatiivse massimaterjali ideele uus elu, et selgitada Universumi mõnda suurimat müsteeriumit: tumedat ainet, tumedat energiat ja moodustiste üldist dünaamikat kosmoloogilises mõõtkavas. Kui erakorralised nõuded nõuavad erakorralisi tõendeid, ei usu, et sellised tõendid on esitatud ilma igasuguse mõistliku kahtluseta. Kuid see ei pruugi olla esimene ega viimane kord, kui mänguasjamudelist saab midagi keerulisemat.

Algselt avaldati see disipio.wordpress.com 9. detsembril 2018.