Изглежда невероятно: алтернативна теория за гравитацията е новото разбиране за основната сила на Вселената
От близо век учените се пробват да разгадаят тайната на тъмната материя – хипотетична форма на материя, за която се смята, че е виновна за някои гравитационни резултати, необяснени от Общата доктрина на относителността (ОТО). За благополучие една нова догадка може да промени разпоредбите на играта. В публикация, оповестена неотдавна в списание Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, се показва вероятното битие на най-мощната мощ във Вселената – гравитацията – без съществуването на маса. Подобен необикновен метод съгласно създателите на проучването може да сложи под подозрение самото битие на тъмната материя. Новата доктрина се основава на концепцията, че гравитацията, нужна за задържане на галактиките и галактичните купове дружно, може да се дължи на специфични топологични структури, образувани в ранната Вселена. Звучи комплицирано, тъй че дано да се спрем по-подробно.
Гравитацията ръководи Вселената. Но какво общо има всичко това с тъмната материя? Гравитацията е една от четирите съществени сили във физиката, наред с електромагнитната мощ, мощното и слабото нуклеарно взаимоотношение.
Нейно височество гравитацията
Преди да навлезем в комплицирания лабиринт на новата доктрина, дано да дадем определение за гравитацията и за какво тя играе основна роля във образуването и структурата на Вселената. Тази фундаментална естествена мощ, която притегля обектите един към различен, е безусловно неотделима от масата на обектите – колкото по-голяма е тяхната маса, толкоз по-силно е гравитационното им привличане.
Спомняте ли си фамозната ябълка на Исак Нютон? Именно той през XVII в. вижда, че ябълките падат от дървото на земята, и допуска, че това се дължи на силата на привличане сред ябълката и Земята. Нютон създава закона за всеобщата гравитация, който гласи, че гравитационната мощ сред два обекта е пропорционална на творбата от техните маси и назад пропорционална на квадрата на дистанцията сред тях.
Класическата доктрина на гравитацията на Нютон е закон, описващ гравитационното взаимоотношение в границите на класическата механика На Земята гравитацията работи по подобен метод, че всички предмети падат на повърхността с ускоряване от към 9,8 m/s². Това значи, че при свободно рухване скоростта на даден обект се усилва с 9,8 метра в секунда всяка секунда. В космоса обаче гравитацията се държи по друг метод, като поддържа планетите в орбити към звездите. Гравитацията е виновна и за образуването на звездите, планетите и галактиките – облаците от газ и прахуляк в пространството се компресират от гравитацията, с цел да се образуват звездите и планетарните системи.
Общата доктрина на относителността
Теорията на Нютон за универсалната гравитация господства в науката до началото на ХХ век, когато Алберт Айнщайн предлага нова доктрина за гравитацията – общата доктрина на относителността (ОТО), която разказва гравитацията не като мощ, а като деформиране на пространството и времето, породено от масата на обектите. Колкото по-голяма е масата на един обект, толкоз повече той изкривява пространство-времето към себе си. ОТО е удивителна, тъй като изяснява за какво обектите се движат по избрани траектории в гравитационно поле.
Общата доктрина на относителността е признатата сега доктрина за гравитацията, която разказва гравитацията като проявяване на геометрията на пространство-времето Освен това през последното столетие научихме, че гравитацията има няколко резултата, като чувството за тежест (което изпитваме на Земята), приливните сили на Луната (гравитацията на спътника е причина за приливите и отливите на Земята). Най-интересното обаче се случва оттатък Земята и се отнася до черните дупки – обекти, чиято гравитационна мощ е толкоз мощна, че даже светлината не може да напусне техните граници.
Така че, казано по-просто, гравитацията е неразделна част от нашия живот и от Вселената. Тя ръководи придвижването на планетите, образуването на звездите и галактиките и даже въздейства на ежедневните ни дейности. Разбирането на тази фундаментална естествена мощ ни оказва помощ да учим структурата на заобикалящия ни свят.
Гравитацията и тъмната батерия
Въпреки привидната си елементарност гравитацията е една от най-големите загадки на актуалната просвета. Затова откривателите към момента излагат разнообразни теории за нея – от ускорението като водеща мощ до гравитоните – хипотетични обикновени частици без маса. И всичко това, тъй като двете водещи физични теории – ОТО и квантовата механика – работят съвършено поотделно, само че си опонират една на друга.
С други думи, учените към момента търсят някаква „ доктрина на всичко “, която да изясни структурата на нашия свят както в макро-, по този начин и в микромащаб, а гравитацията е един от препъни камъните. Първо, през множеството време гравитацията се приписва само на сферата на материята, само че в случай че това в действителност не е по този начин? Ами в случай че тази невероятна естествена мощ може да съществува и без маса?
Изглежда е време да погледнем на гравитацията от напълно различен ъгъл Звучи допустимо най-необичайно, само че точно тази концепция е привлякла вниманието на създателите на неотдавна оповестеното изследване. Става дума за това, че в случай че гравитацията може да съществува без маса, то изцяло отпада нуждата от тъмна материя – хипотетичната материя, която не влиза в електромагнитно взаимоотношение и съставлява до 85% от общия размер на Вселената.
Да напомним, че съществуването на тъмната материя не е потвърдено, а концепцията за нея е създадена за първи път, с цел да изясни по какъв начин галактиките се държат дружно при високоскоростно въртене. Въвеждането на тази хипотетична и невидима материя разреши на физиците да измислят всевъзможни хрумвания и да избегнат несъгласията в съществуващите теории.
Топологичните недостатъци
Водещият създател на новото проучване, астрофизикът Ричард Лев от Университета на Алабама в Хънтсвил, изрича догатката, че вместо тъмна материя, свързваща галактиките и други небесни тела, Вселената може да съдържа тънки, сходни на черупки пластове от „ топологични дефекти„, които генерират гравитация без никаква съществена маса.
Топологичните недостатъци са макроскопични структури, които имат макроскопични свойства. Пространственият мащаб на въздействието на топологичните недостатъци може да се съпостави с размера на наблюдаемата Вселена.
Лу стартира с опити да откри друго решение на полевите уравнения на Айнщайн, които свързват кривината на пространство-времето с съществуването на материя в него. Както е разказано от Айнщайн в ОТО, пространство-времето се изкривява към скупчванията на материя и потоците излъчване във Вселената според от тяхната сила и подтик. Тази сила, несъмнено, се свързва с масата в известното уравнение на учения: E=mc2.
Теорията на Айнщайн е с един порядък по-сложна от теорията на Нютон за универсалната гравитация, а новата доктрина отива още по-далеч, като отстранява масата от уравнението По този метод масата на даден обект е обвързвана с неговата сила, която изкривява пространство-времето – тази кривина на пространство-времето Айнщайн назовава гравитация. С други думи, ОТО твърди, че гравитацията е неразривно обвързвана с масата, само че Лев твърди, че това не е по този начин.
Космическите струни
В хода на работата си астрофизикът взема решение опростената версия на Айнщайновите уравнения на полето, които разрешават съществуването на последна гравитационна мощ при отсъствието на каквато и да е откриваема маса. Лев твърди, че напъните му са били „ стимулирани от разочарованието от статуквото, а точно схващането, че тъмната материя съществува, макар неналичието на каквито и да било директни доказателства в продължение на цялостен век„.
Решението, препоръчано от създателя на тази нова концепция, е да се разпознават топологичните недостатъци във формата на черупки, които могат да зародят в доста компактни области на пространството с доста висока компактност на материята. Тези набори от концентрични черупки съдържат тъничък пласт позитивна маса, прикрит във външен пласт негативна маса.
„ Тези две маси се обезвреждат взаимно, тъй че общата маса на двата пласта е нула. Но когато една звезда се намира в тази обвивка, тя изпитва огромна гравитационна мощ, която я придърпва към центъра “,
се споделя в публикацията.
Наистина може да съществува гравитация без маса. Засега обаче има единствено математическо доказателство Да напомним, че топологичните недостатъци са доста компактни области от пространството с доста висока компактност на материята, които нормално се показват под формата на линейни структури, известни като галактически струни. Възможни са обаче и двуизмерни структури като сферични черупки.
Нещо повече, учените от дълго време знаят, че гравитационната мощ разрешава на всички обекти, както безмасови, по този начин и други, да взаимодействат между тях, защото това в действителност води до деформиране на самото пространство-време. Така да вземем за пример по-рано беше открито, че небесните тела упражняват гравитационно привличане върху безмасовите фотони.
„ Разбира се, всички тези догатки са дискусионни, само че в случай че в бъдеще се потвърдят, тогава нуждата да продължаваме да търсим тъмната материя изцяло отпада. Така че идващият въпрос е дали тези мои догатки могат да бъдат доказани или опровергани от наблюденията “,
казва Лю.
Вселената е цялостна с секрети И макар че астрофизикът признава, че препоръчаното от него решение е „ провокиращо “ и единствено по себе си не може да дискредитира хипотезата за тъмната материя, работата му може да бъде забавно математическо упражнение, защото ни разрешава да погледнем на Вселената и силите, които я ръководят, от различен ъгъл. Независимо от това оповестените в публикацията резултати са първото математическо доказателство, че гравитацията може да съществува без маса. А това не е по никакъв начин малко, съгласни ли сте?
