A negatív tömeg mindenütt jelen van a fizikában. Ez is magyarázza a sötét anyagot

Annak ábrázolása, hogy néznek ki a Sötét Anyag rostjai, ha szabad szemmel láthatjuk őket. A sárga foltok a galaxisokat képviselik.

2018. december elején a fizikusok blogoszféra megrázkódott egy 2017-es cikk miatt (amely valójában továbbra is előzetes nyomtatás e dátumig: arXiv: 1712.07962), amelyben James Farnes, az Oxfordi Egyetem szerzője megpróbálja magyarázni a sötét anyagot és a sötét energiát egy látszólag bosszús hipotézis: az univerzumot áthatoló negatív tömegű folyadék jelenléte. Maga az ötlet nem új, és a szerző elismeri Albert Einstein, Hermann Bondi és mások korábbi munkáit. Dióhéjban a negatív tömegű anyagok a következőképpen viselkednek:

  • Pozitív-pozitív kölcsönhatás: a két részecske vonzza egymást;
  • Negatív-negatív kölcsönhatás: a két részecske visszataszítja egymást;
  • Pozitív-negatív kölcsönhatás: mindkét részecske ugyanabba az irányba gyorsul, a negatív tömegről a pozitív tömegre mutatva.

Részecskefizikusként nem érzem különösebben az érvelést, de elismerem, hogy van egy kiskapu, ha megengedjük, hogy a tömeg hatékony paraméter legyen, mint a szilárdtest fizikában, és ezzel megsérti (legalábbis látszólag) az áhított egyenértékűséget. elv. Ez azt jelenti, hogy az a tömeg, amely az egyenletbe bejuttatja a folyadék gravitációs viselkedését, nem szigorúan egyenértékű a tehetetlenségi tömeggel (az a tömeg, amely megjelenik a dicsőséges Newton-féle mozgási törvényben, például F = ma). Megértésem szerint a rendes anyag aggregátumai szokatlan körülmények között, gyakran nagyon alacsony hőmérsékleti viszonyok mellett mutathatják be ezt a viselkedést. Például, még az elektronok is képesek hatékony tömegre a szupravezető képességben (H. Frölich, Nature kötet 168, 280–281. Oldal). Vannak jelek arra, hogy a rácsokban a periodikus potenciálból fakadó negatív effektív tömeg magyarázhatja a magas hőmérsékletű szupravezetők furcsa tulajdonságait (cond-mat / 0210455).

Farnes papírja jóval meghaladja az alapvető spekulációkat. A szerző azt állítja, hogy képes megmagyarázni a galaxisok forgási görbéinek simítását, a galaktikus sötét anyag halók képződését, a nagy képződményeket, például a galaxisokat összekötő sötét anyag filamenteit, és még az univerzum végső sorsát (spoiler: kibővül és ciklikusan összehúzódik) ). Nem vagyok asztrofizikus, és inkább hagyom, hogy a szakértők érdemi megjegyzéseket fűzzenek ezekhez az állításokhoz. Néhányan beszélték, hogy a modell annyira elhúzódott, hogy végül meghívhatja Occam borotváját, és folytathatja a kozmológia MCMD modelljét. Személy szerint a dolgozat néhány érve számomra meglehetősen kézzel integetett, például a tér síkosságának és a CMB teljesítmény spektrumának első csúcsa helyzetének magyarázata (lásd a 4.4 pontot). Másrészt nagyon ösztönző érveket találtam néhány kritikus mérés értelmezésének felülvizsgálatát alátámasztó érvekkel, például a világegyetem kiterjedésével a Supernovae robbanásokkal. Miközben maguk a mérések veszik magától értetődésnek, hibás lehet az a feltevés, amely a végső értelmezéshez vezet. Különösen figyelemre méltó a tömeg-energia sűrűség pozitivitása, amelyet szinte mindig érvényesítik, annak ellenére, hogy egyes esetekben maguk a kísérletek tűnnek inkább, mint inkább (a részletekért lásd a 4.1. Fejezetet). Bayes-szempontból csak figyelmeztetni tudom Önt, hogy a hibáink többségét téves feltételezések okozzák: ez mindig a prioritás!

Mindenesetre elég egyszerűnek találtam a modellt ahhoz, hogy egy laptopban futtatható számítógépes kódba beépítsem. A cikkben hivatkozást találhat a megfelelőbb megvalósításra, míg az enyém inkább animációnak, mint reális szimulációnak tűnik. A kód egy sötét anyag korábbi szimulációján alapul, amelyet néhány évvel ezelőtt készítettem. A modellről bővebben ebben a bejegyzésben olvashat. Az új, adaptált kód itt található. A végrehajtáshoz telepítenie kell a Processing és a Traer fizikai könyvtárat. Végrehajtásom során, eltérően attól, amit szerintem James Farnes tett, minden anyagot pozitív tömeggel hozok létre, de negatív csatolást (-G) rendeltem a negatív-negatív objektumok közötti kölcsönhatásokhoz.

Véletlenszerűen szétszórom a negatív tömegű részecskék egyenletes eloszlását. Ehelyett a normál anyagot két „csomóba” helyezik, amelyek nagyjából két galaxist ábrázolnak. Szerinted mi fog történni? Az N-test szimulációja kifejezett hosszú távú cél nélkül folytatódik. Legalább intuitív módon történik az, hogy a normál anyag még tovább próbál összeilleszkedni, míg a negatív anyag hajlamos kibontakozni. Érdekes dinamika történik azonban a szabályos anyag nagy csomóinak közelében: a negatív részecskéket vonzzák a „galaxisok”, ám az önmegtámadás miatt nem kerülnek túl koncentrálódásba. A nettó hatás Farnes tanulmánya szerint egy „halogén” létrehozása a galaxisok körül és az őket összekötő „szálak”. Megfigyelheti ezeket a dolgokat a videóban? Vagy csak kívánságos gondolkodás?

Összefoglalva, új életet kapott a negatív tömegű anyag régi és meglehetősen divatos elképzelése, hogy megmagyarázza az univerzum néhány legnagyobb rejtélyét: a sötét anyagot, a sötét energiát és a formációk általános dinamikáját kozmológiai szinten. Ha a rendkívüli követelésekhez rendkívüli bizonyítékok szükségesek, úgy gondolom, hogy ilyen bizonyítékot nem adtak ésszerű kétség nélkül. Lehet, hogy nem ez az első és az utolsó alkalom, amikor a játékmodell valami bonyolultabbá válik.

Eredetileg a disipio.wordpress.com oldalon, 2018. december 9-én tették közzé.