Negativna masa je svugdje u fizici. To također objašnjava tamnu materiju

Prikazivanje kako bi izgledala vlakna Dark Mattera ako bismo ih vidjeli golim očima. Žute mrlje predstavljaju galaksije.

Početkom prosinca 2018. blogosfera fizičara pocrvenjela je zbog papira iz 2017. (zapravo još uvijek preprint za ovaj datum: arXiv: 1712.07962) u kojem autor James Farnes, Sveučilište u Oxfordu, pokušava objasniti Dark Matter i Dark Dark s naizgled glupo hipoteza: prisutnost tekućine negativne mase koja prožima Svemir. Ideja sama po sebi nije nova, a autor priznaje prošla djela Alberta Einsteina, Hermanna Bondija i drugih. Ukratko, materija negativne mase ponaša se na sljedeći način:

  • Pozitivno-pozitivna interakcija: dvije čestice privlače jedna drugu;
  • Negativno-negativna interakcija: dvije se čestice međusobno odbijaju;
  • Pozitivno-negativna interakcija: obje čestice ubrzavaju se u istom smjeru, pokazujući od negativne mase prema pozitivnoj masi.

Kao fizičar čestica, nisam posebno uvjeren u argument, ali priznajem da može doći do pukotine, ako dopustimo da masa bude učinkovit parametar kao u fizici čvrstog stanja, čime narušavamo (barem prividno) draženu ekvivalentnost načelo. To znači da masa koja ulazi u jednadžbu koja upravlja gravitacijskim ponašanjem te tekućine nije strogo jednaka inercijalnoj masi (onoj koja se pojavljuje u veličanstvenom Newtonovom zakonu pokreta kao što je F = ma). Koliko razumijem, agregati obične materije mogu takvo ponašanje predstavljati u neobičnim okolnostima, često povezano s vrlo niskom temperaturom. Na primjer, čak i elektroni mogu pokazati efektivnu masu u režimu supravodljivosti (H. Frölich, Priručnik vol. 168, str. 280–281). Postoje indikacije da bi negativna efektivna masa koja proizlazi iz periodičnog potencijala u rešetkama mogla objasniti brojna neobična svojstva visokotemperaturnih supravodiča (cond-mat / 0210455).

Farnesov rad mnogo više nadilazi osnovne špekulacije. Autor tvrdi da može objasniti spljoštavanje krivulja rotacije galaksije, formiranje halokata Galaktičke tamne materije, velike formacije poput niti od tamne materije koje povezuju galaksije, pa čak i konačnu sudbinu Svemira (spojler: ciklično bi se proširio i stekao) ). Nisam astrofizičar i radije bih prepustio stručnjacima da daju bilo kakav smisleni komentar ovim tvrdnjama. Neki su govorili govoreći kako je model toliko osmišljen da se na kraju može pozivati ​​na Occamovu britvicu i nastaviti s kosmološkim modelom MCMD. Osobno, neki su mi argumenti u radu zvučali prilično mahanjem ruku, primjerice objašnjenje ravnosti prostora i položaja prvog vrha CMB spektra snage (vidi Poglavlje 4.4). S druge strane, našao sam vrlo poticajne argumente koji podržavaju reviziju tumačenja nekih kritičnih mjerenja, poput širenja Svemira eksplozijama Supernovae. Iako se mjerenja uzimaju zdravo za gotovo, ono što može biti netočno je skup pretpostavki koje vode do konačnih tumačenja. Najvažnije je pozitivnost gustoće mase energije koja se gotovo uvijek nameće premda se čini da u nekim slučajevima i sami eksperimenti preferiraju drugačije (vidjeti odjeljak 4.1 za dodatne pojedinosti). Iz Bayesove perspektive mogu vas samo upozoriti da je većina naših pogrešaka uzrokovana pogrešnim pretpostavkama: ona je uvijek prethodna!

U svakom slučaju, smatrao sam da je model dovoljno jednostavan da se može implementirati u računalni kod koji se može pokrenuti na prijenosnom računalu. U radu možete pronaći referencu na ispravniju implementaciju, dok moja više izgleda kao animacija, a ne kao realna simulacija. Kod se temelji na prethodnoj simulaciji Dark Mattera koju sam stvorio prije nekoliko godina. Više o ovom modelu možete pročitati u ovom postu. Novi, prilagođeni kod možete pronaći ovdje. Da biste ga izvršili, morate instalirati Processing i knjižnicu fizike Traer. U svojoj primjeni, drugačije od onoga za što mislim da je to činio James Farnes, stvaram svu materiju s pozitivnom masom, ali dodijeljujem negativno povezivanje (-G) interakcijama između negativno-negativnih objekata.

Nasumce razbacujem jednoličnom raspodjelom čestica negativne mase. Umjesto toga, redovita tvar je smještena u dva "grozda" koji predstavljaju otprilike dvije galaksije. Što mislite, što će se dogoditi? Simulacija N-tijela odvija se bez ikakvog eksplicitnog dugoročnog cilja. Barem intuitivno, ono što se događa jest da se redovna tvar još više zbliži, dok se negativna tvar širi. Međutim, zanimljiva se dinamika događa u blizini velikih nakupina regularne materije: negativne čestice privlače "galaksije", ali se ne previše koncentriraju zbog samootpuštanja. Prema Farnesovom radu, neto efekt je stvaranje "haloa" oko galaksija i "filamenta" koji ih povezuju. Možete li uočiti te stvari u videu? Ili je to samo poželjno razmišljanje?

Da zaključimo, novi život dat je staroj i prilično ne modnoj ideji materije negativne mase da bi objasnio neke od najvećih misterija Svemira: Mračna materija, Tamna energija i sveukupna dinamika formacija na kozmološkoj ljestvici. Ako izvanredni zahtjevi zahtijevaju izvanredne dokaze, mislim da takvi dokazi nisu izneseni izvan svake razumne sumnje. Međutim, možda nije prvi ni posljednji put da se model igračaka razvija u nešto složenije.

Izvorno objavljeno na disipio.wordpress.com 9. prosinca 2018. godine.