Model standardowy fizyki cząstek elementarnych jest najlepszym odzwierciedleniem naszego obecnego zrozumienia, jak działa wszechświat i jak działa. Jednak model ten dotyczy tylko pięciu procent tego, co nas otacza, reszta składa się z tak zwanej ciemnej materii i ciemnej energii, o której naukowcy dowiedzieli się dopiero z danych pośrednich, z oddziaływań grawitacyjnych z obiektami składającymi się ze zwykłej materii. …
Niedawno jeden z fizyków z Uniwersytetu Oksfordzkiego przedstawił nową teorię, według której ciemna materia i ciemna energia są przejawami tego samego czynnika - tzw. „Ciemnej cieczy”, która ma ujemną masę i wypełnia cały wszechświat.
Ciemna energia i ciemna materia to koncepcje przyjęte w celu zatkania „dziur” między częścią teoretyczną (Model Standardowy) a wynikami rzeczywistych obserwacji. Na przykład obserwowany ruch i rozkład galaktyk we Wszechświecie obserwowany przez astronomów jest niemożliwy, jeśli weźmiemy pod uwagę tylko masę materii, którą można zobaczyć. Od lat trzydziestych XX wieku istnienie niewidzialnej dodatkowej masy jest porównywane z istnieniem niewidzialnej ciemnej materii.
Ciemna energia jest świeższą koncepcją niż ciemna materia. Obserwując przyspieszenie rozszerzania się Wszechświata, które zostało odkryte w 1998 roku, naukowcy wysunęli przypuszczenie, że jest za to jakiś czynnik. I ten czynnik nazywa się ciemną energią.
Otóż, koncepcje ciemnej materii i ciemnej energii, w połączeniu z teorią Modelu Standardowego, stanowią podstawę aktualnej głównej teorii kosmologicznej związanej z Wielkim Wybuchem i zwanej Lambda-CDM. Tytułowe określenie „Lambda” oznacza ciemną energię jako rodzaj stałej fizycznej, a skrót „CDM” oznacza zimną ciemną materię. Na niską „temperaturę” ciemnej materii świadczą fakty, że porusza się ona niezwykle wolno i w ogóle nie oddziałuje ze zwykłą materią.
Do niedawna ciemną materię i ciemną energię uważano za odrębne zjawiska. Ale niektórzy naukowcy od dawna zastanawiali się, czy nie są to różne przejawy tego samego czynnika? To ostatnie pytanie jest kluczową ideą nowej teorii opartej na modelu Lambda-CDM i wysuniętej przez Jamiego Farnesa, astrofizyka z University of Oxford.
Film promocyjny:
Zgodnie z nową teorią Farnesa, 95 procent objętości Wszechświata jest wypełnione jakąś „ciemną cieczą”, a ciemna materia i ciemna energia są po prostu różnymi jej przejawami na poziomie fizycznym. Nawiasem mówiąc, teoria ta bardzo dobrze opisuje niektóre cechy „ciemnych czynników”, których wcześniej nie można było opisać żadnym innym.
„Ciemna ciecz” wypełniająca Wszechświat musi mieć ujemną masę. Brzmi to jak coś z science fiction, jednak nawet z punktu widzenia fizyki newtonowskiej jest to możliwe, na razie tylko hipotetycznie. Obiekty o ujemnej masie muszą mieć zupełnie wyjątkowe i egzotyczne właściwości. Takie obiekty muszą wytwarzać ujemne siły grawitacyjne poprzez odpychanie, a nie przyciąganie innych obiektów.
Jeśli przyjmiemy, że przestrzeń jest wypełniona „ciemną cieczą” o ujemnej masie, to jej ujemna grawitacja stworzyłaby efekty w pełni odpowiadające obserwowanym zjawiskom, dla których zaproponowano koncepcję ciemnej energii. A to, co powstrzymuje galaktyki, to nie dodatnia grawitacja z gromad ciemnej materii, ale ujemna grawitacja otaczającego je „ciemnego płynu”. Innymi słowy, galaktyki są rodzajem „bąbelków” zwykłej materii unoszących się w kosmicznym oceanie „ciemnej cieczy”.
Jednym z głównych pytań nowej teorii jest kwestia masy ujemnej, dla której wciąż nie ma potwierdzenia jej istnienia. Jednak w swojej teorii Farnes zwraca uwagę, że wszystkie inne siły fizyczne również mają wartości ujemne, więc dlaczego masa i grawitacja nie mogą być dodatnie i ujemne? Należy zauważyć, że wyniki niektórych niedawnych badań przemawiają na korzyść nowej teorii, w trakcie której naukowcom udało się uzyskać ciecze i cząstki wykazujące właściwości wynikające z obecności w nich ujemnej masy.
Drugim kontrowersyjnym punktem nowej teorii jest to, że wraz z rozszerzaniem się Wszechświata gęstość „ciemnej cieczy” powinna maleć tak bardzo, że skutki jej ujemnej masy powinny przestać mieć namacalny wpływ na wszystko wokół. Farnes tłumaczył to obecnością w swoich równaniach pewnego „tensora kreacji”, zgodnie z którym we Wszechświecie nieustannie tworzy się nowa materia o ujemnej masie, która pozwala cały czas utrzymywać gęstość „ciemnej cieczy” na względnie stałym poziomie.
Jeśli teoria Farnesa jest słuszna, to wszelkie próby polowania na cząstki ciemnej materii skazane są z góry na niepowodzenie, co jest w pełni zgodne z wynikami eksperymentów przeprowadzonych w tym kierunku. Oczywiście są bardzo duże szanse, że teoria Farnesa jest daleka od rzeczywistości. Tak czy inaczej, Farnes i jego koledzy już planują wykorzystać teleskop Square Kilometer Array (SKA) do obserwacji i poszukiwania pewnych efektów, które mogłyby posłużyć jako potwierdzenie teorii „ciemnej cieczy”, w tym poszukiwania oznak istnienia obiektów o ujemnej masie we Wszechświecie.