สารที่มีคุณสมบัติของมวลลบได้ถูกสร้างขึ้น นักวิทยาศาสตร์ได้สาธิตสารที่มีมวลผลลบ

แนะนำให้รับชมที่ความละเอียด 1280 x 800

"เทคนิคเยาวชน" 2533 ฉบับที่ 10 น. 16-18.

ทริบูนของสมมติฐานที่เป็นตัวหนา

พลกฤษณ์ บอริศอฟ วิศวกร
มวลเชิงลบ: เที่ยวบินฟรีสู่อินฟินิตี้

รูหนอนสมมุติในกาลอวกาศ

ในฟิสิกส์เชิงทฤษฎี เป็นแนวคิดของสารสมมุติที่มีมวลอยู่ตรงข้ามกับสสารปกติ (เช่นเดียวกับประจุไฟฟ้าอาจเป็นบวกหรือลบ) ตัวอย่างเช่น -2 กก. สารดังกล่าวถ้ามีอยู่จะแตกตัวหนึ่งหรือมากกว่าและแสดงคุณสมบัติแปลก ๆ บางอย่าง ตามทฤษฎีการเก็งกำไรบางทฤษฎี สสารที่มีมวลติดลบสามารถใช้สร้าง (รูหนอน) ในกาลอวกาศได้

ฟังดูเหมือนนิยายล้วนๆ แต่ตอนนี้กลุ่มนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยวอชิงตัน มหาวิทยาลัยวอชิงตัน มหาวิทยาลัย OIST (โอกินาวา ประเทศญี่ปุ่น) และมหาวิทยาลัยเซี่ยงไฮ้กำลังแสดงคุณสมบัติบางอย่างของวัสดุมวลลบที่สมมุติฐาน ตัวอย่างเช่น ถ้าคุณผลักสารนี้ มันจะเร่งไม่ไปในทิศทางของการใช้แรง แต่ไปในทิศทางตรงกันข้าม นั่นคือมันเร่งในทิศทางตรงกันข้าม

ในการสร้างสารที่มีคุณสมบัติของมวลติดลบ นักวิทยาศาสตร์ได้เตรียมคอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์โดยการทำให้อะตอมของรูบิเดียมเย็นลงจนเกือบเป็นศูนย์สัมบูรณ์ ในสถานะนี้ อนุภาคจะเคลื่อนที่ช้ามาก และเอฟเฟกต์ควอนตัมเริ่มปรากฏขึ้นในระดับมหภาค นั่นคือ ตามหลักการของกลศาสตร์ควอนตัม อนุภาคเริ่มทำตัวเหมือนคลื่น ตัวอย่างเช่นพวกเขาประสานกันและไหลผ่านเส้นเลือดฝอยโดยไม่มีแรงเสียดทานนั่นคือโดยไม่สูญเสียพลังงาน - ผลกระทบของของเหลวยิ่งยวดที่เรียกว่า

ในห้องปฏิบัติการของมหาวิทยาลัยวอชิงตัน มีการสร้างเงื่อนไขสำหรับการก่อตัวของคอนเดนเสทของ Bose-Einstein ในปริมาณที่น้อยกว่า 0.001 mm³ อนุภาคถูกทำให้ช้าลงด้วยเลเซอร์และรอให้อนุภาคที่มีพลังมากที่สุดออกจากปริมาตร ซึ่งจะทำให้วัสดุเย็นลง ในขั้นตอนนี้ ของเหลววิกฤตยิ่งยวดยังคงมีมวลเป็นบวก ในกรณีที่มีการรั่วไหลในเรือ อะตอมของรูบิเดียมจะกระจายไปในทิศทางที่แตกต่างกัน เนื่องจากอะตอมตรงกลางจะผลักอะตอมสุดขั้วออกไปด้านนอก และพวกมันก็จะเร่งความเร็วในทิศทางของการใช้กำลัง

เพื่อสร้างมวลผลเชิงลบ นักฟิสิกส์ใช้เลเซอร์ชุดอื่นที่เปลี่ยนการหมุนของอะตอมบางตัว ตามที่การจำลองทำนายไว้ ในบางพื้นที่ของเรือ อนุภาคควรมีมวลเป็นลบ เห็นได้ชัดเจนจากการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของความหนาแน่นของสสารตามฟังก์ชันของเวลาในการจำลอง (ในแผนภาพด้านล่าง)

รูปที่ 1 การขยายตัวแบบแอนไอโซทรอปิกของคอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์ที่มีค่าสัมประสิทธิ์แรงยึดเหนี่ยวต่างกัน ผลการทดลองจริงเป็นสีแดง ผลการทำนายในการจำลองเป็นสีดำ

แผนภาพด้านล่างคือส่วนที่ขยายใหญ่ขึ้นของกรอบกลางในแถวล่างสุดของรูปที่ 1

แผนภาพด้านล่างแสดงการจำลอง 1D ของความหนาแน่นรวมเทียบกับเวลาในภูมิภาคที่ความไม่เสถียรแบบไดนามิกปรากฏขึ้นครั้งแรก เส้นประแบ่งอะตอมสามกลุ่มด้วยความเร็ว

ในชั่วขณะหนึ่ง

มวลที่มีประสิทธิภาพอยู่ที่ไหน

เริ่มติดลบ (เส้นบน) แสดงจุดมวลผลลบต่ำสุด (กลาง) และจุดที่มวลกลับสู่ค่าบวก (บรรทัดล่าง) จุดสีแดงระบุตำแหน่งที่กึ่งโมเมนตัมในพื้นที่อยู่ในขอบเขตของมวลผลลบ

กราฟแถวแรกสุดแสดงให้เห็นว่าในระหว่างการทดลองทางฟิสิกส์ สสารมีพฤติกรรมเหมือนที่จำลองขึ้นทุกประการ ซึ่งทำนายลักษณะที่ปรากฏของอนุภาคที่มีมวลผลลบ

ในการควบแน่นของโบส-ไอน์สไตน์ อนุภาคจะมีพฤติกรรมเหมือนคลื่น ดังนั้นจึงแพร่กระจายไปในทิศทางที่แตกต่างจากอนุภาคปกติที่มีมวลผลบวกควรแพร่กระจาย

พูดตามตรงต้องบอกว่านักฟิสิกส์บันทึกซ้ำระหว่างการทดลอง แต่การทดลองเหล่านั้นสามารถตีความได้หลายวิธี ตอนนี้ความไม่แน่นอนถูกขจัดออกไปเป็นส่วนใหญ่

บทความทางวิทยาศาสตร์ 10 เมษายน 2017 ในวารสาร จดหมายทบทวนทางกายภาพ(ดอย:10.1103/PhysRevLett.118.155301, ใช้ได้โดยการสมัครสมาชิก). สำเนาบทความก่อนส่งไปยังวารสารในวันที่ 13 ธันวาคม 2559 สามารถอ่านได้ฟรีที่ arXiv.org (arXiv:1612.04055)

นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยวอชิงตันได้สร้างของเหลวที่มีมวลเป็นลบ ผลักมัน ไม่เหมือนกับวัตถุทางกายภาพทั้งหมดในโลกที่เรารู้จัก มันไม่เร่งความเร็วในทิศทางของการผลัก เธอจะเร่งไปในทิศทางตรงกันข้าม ไมเคิล ฟอร์บส์ รองศาสตราจารย์ นักฟิสิกส์ และนักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยวอชิงตันกล่าวว่าปรากฏการณ์นี้แทบไม่เกิดขึ้นในห้องทดลองและสามารถใช้เพื่อสำรวจแนวคิดที่ซับซ้อนมากขึ้นเกี่ยวกับจักรวาล การศึกษาปรากฏในจดหมายทบทวนทางกายภาพ

ตามสมมุติฐาน สสารสามารถมีมวลลบได้ในแง่เดียวกับที่ประจุไฟฟ้าสามารถเป็นได้ทั้งค่าลบและค่าบวก ผู้คนไม่ค่อยคิดถึงเรื่องนี้ และโลกทุกวันของเราแสดงให้เห็นเพียงแง่บวกของกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สองของไอแซก นิวตัน ซึ่งแรงที่กระทำต่อร่างกายนั้นเท่ากับผลคูณของมวลของร่างกายและความเร่งที่เกิดจากแรงนี้ , หรือ F = ma

กล่าวอีกนัยหนึ่ง ถ้าคุณผลักวัตถุ มันจะเร่งไปในทิศทางที่คุณผลัก มวลจะเร่งไปในทิศทางของแรง

“เราคุ้นเคยกับสถานการณ์เช่นนี้” ฟอร์บส์กล่าวพร้อมเตรียมเซอร์ไพรส์ "ด้วยมวลลบ ถ้าคุณดันบางอย่าง มันจะเร่งเข้าหาคุณ"

เงื่อนไขมวลลบ

ร่วมกับเพื่อนร่วมงาน เขาสร้างเงื่อนไขสำหรับมวลลบโดยการทำให้อะตอมของรูบิเดียมเย็นตัวลงจนเหลือสถานะเกือบศูนย์สัมบูรณ์ ดังนั้นจึงสร้างคอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์ ในสถานะนี้ซึ่งทำนายโดย Shatyendranath Bose และ Albert Einstein อนุภาคจะเคลื่อนที่ช้ามากและตามหลักการของกลศาสตร์ควอนตัมจะมีพฤติกรรมเหมือนคลื่น พวกเขายังซิงโครไนซ์และเคลื่อนที่ไปพร้อมกันเป็นซุปเปอร์ฟลูอิดที่ไหลโดยไม่สูญเสียพลังงาน

นำโดย Peter Engels ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัย Washington นักวิทยาศาสตร์บนชั้นหกของ Webster Hall ได้สร้างเงื่อนไขเหล่านี้โดยใช้เลเซอร์เพื่อทำให้อนุภาคช้าลง ทำให้เย็นลง และปล่อยให้อนุภาคร้อนและพลังงานสูงหลุดออกมาเหมือนไอน้ำ ระบายความร้อนให้กับวัสดุได้ดียิ่งขึ้น

เลเซอร์จับอะตอมราวกับว่าอยู่ในชามที่มีขนาดน้อยกว่าร้อยไมครอน ในขั้นตอนนี้ superfluid rubidium มีมวลปกติ การแตกของชามทำให้รูบิเดียมหนี ขยายตัวเมื่อรูบิเดียมที่อยู่ตรงกลางถูกผลักออกไปด้านนอก

เพื่อสร้างมวลลบ นักวิทยาศาสตร์ใช้เลเซอร์ชุดที่สองที่ผลักอะตอมกลับไปกลับมา ทำให้การหมุนของพวกมันเปลี่ยนไป ทีนี้ เมื่อรูบิเดียมหมดเร็วพอ มันจะทำตัวเหมือนมีมวลเป็นลบ "ผลักมันแล้วมันจะเร่งไปในทิศทางตรงกันข้าม" ฟอร์บส์กล่าว "มันเหมือนกับรูบิเดียมชนกำแพงที่มองไม่เห็น"

ขจัดข้อบกพร่องที่สำคัญ

วิธีการที่นักวิทยาศาสตร์ของมหาวิทยาลัยวอชิงตันใช้หลีกเลี่ยงข้อบกพร่องที่สำคัญบางประการที่พบในความพยายามครั้งก่อนในการทำความเข้าใจมวลเชิงลบ

"สิ่งแรกที่เราตระหนักคือเราควบคุมธรรมชาติของมวลเชิงลบนี้ได้อย่างเข้มงวดโดยไม่มีภาวะแทรกซ้อนอื่นใด" ฟอร์บส์กล่าว การศึกษาของพวกเขาอธิบายจากตำแหน่งของมวลลบพฤติกรรมที่คล้ายกันในระบบอื่น ๆ การควบคุมที่เพิ่มขึ้นช่วยให้นักวิจัยมีเครื่องมือใหม่ในการออกแบบการทดลองเพื่อศึกษาฟิสิกส์ที่คล้ายกันในทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ โดยใช้ดาวนิวตรอนเป็นตัวอย่าง และปรากฏการณ์ทางจักรวาลวิทยา เช่น หลุมดำและพลังงานมืด ซึ่งการทดลองเป็นไปไม่ได้

รูหนอนสมมุติในกาลอวกาศ

ในห้องปฏิบัติการของมหาวิทยาลัยวอชิงตัน มีการสร้างเงื่อนไขสำหรับการก่อตัวของคอนเดนเสทของ Bose-Einstein ในปริมาณที่น้อยกว่า 0.001 mm³ อนุภาคถูกทำให้ช้าลงด้วยเลเซอร์และรอให้อนุภาคที่มีพลังมากที่สุดออกจากปริมาตร ซึ่งจะทำให้วัสดุเย็นลง ในขั้นตอนนี้ ของเหลววิกฤตยิ่งยวดยังคงมีมวลเป็นบวก ในกรณีที่มีการรั่วไหลในเรือ อะตอมของรูบิเดียมจะกระจายไปในทิศทางที่แตกต่างกัน เนื่องจากอะตอมตรงกลางจะผลักอะตอมสุดขั้วออกไปด้านนอก และพวกมันก็จะเร่งความเร็วในทิศทางของการใช้กำลัง

เพื่อสร้างมวลผลเชิงลบ นักฟิสิกส์ใช้เลเซอร์ชุดอื่นที่เปลี่ยนการหมุนของอะตอมบางตัว ตามที่การจำลองทำนายไว้ ในบางพื้นที่ของเรือ อนุภาคควรมีมวลเป็นลบ เห็นได้ชัดเจนจากการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของความหนาแน่นของสสารตามฟังก์ชันของเวลาในการจำลอง (ในแผนภาพด้านล่าง)

รูปที่ 1 การขยายตัวแบบแอนไอโซทรอปิกของคอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์ที่มีค่าสัมประสิทธิ์แรงยึดเหนี่ยวต่างกัน ผลการทดลองจริงเป็นสีแดง ผลการทำนายในการจำลองเป็นสีดำ

แผนภาพด้านล่างคือส่วนที่ขยายใหญ่ขึ้นของกรอบกลางในแถวล่างสุดของรูปที่ 1

แผนภาพด้านล่างแสดงการจำลอง 1D ของความหนาแน่นรวมเทียบกับเวลาในภูมิภาคที่ความไม่เสถียรแบบไดนามิกปรากฏขึ้นครั้งแรก เส้นประแยกอะตอมสามกลุ่มด้วยความเร็วที่กึ่งโมเมนตัม โดยที่มวลมีผลเริ่มกลายเป็นลบ (เส้นบน) แสดงจุดมวลผลลบต่ำสุด (กลาง) และจุดที่มวลกลับสู่ค่าบวก (บรรทัดล่าง) จุดสีแดงระบุตำแหน่งที่กึ่งโมเมนตัมในพื้นที่อยู่ในขอบเขตของมวลผลลบ

กราฟแถวแรกสุดแสดงให้เห็นว่าในระหว่างการทดลองทางฟิสิกส์ สสารมีพฤติกรรมเหมือนที่จำลองขึ้นทุกประการ ซึ่งทำนายลักษณะที่ปรากฏของอนุภาคที่มีมวลผลลบ

ในการควบแน่นของโบส-ไอน์สไตน์ อนุภาคจะมีพฤติกรรมเหมือนคลื่น ดังนั้นจึงแพร่กระจายไปในทิศทางที่แตกต่างจากอนุภาคปกติที่มีมวลผลบวกควรแพร่กระจาย

เพื่อความเป็นธรรม ต้องบอกว่า นักฟิสิกส์บันทึกผลลัพธ์ระหว่างการทดลองซ้ำแล้วซ้ำเล่า เมื่อคุณสมบัติของสสารที่มีมวลติดลบปรากฏออกมา แต่การทดลองเหล่านั้นสามารถตีความได้หลายวิธี ตอนนี้ความไม่แน่นอนถูกขจัดออกไปเป็นส่วนใหญ่

บทความทางวิทยาศาสตร์เผยแพร่เมื่อวันที่ 10 เมษายน 2017 ในวารสาร จดหมายทบทวนทางกายภาพ(ดอย:10.1103/PhysRevLett.118.155301, ใช้ได้โดยการสมัครสมาชิก). สำเนาบทความก่อนส่งไปยังวารสารในวันที่ 13 ธันวาคม 2016 เป็นสาธารณสมบัติที่ arXiv.org (arXiv: 1612.04055)

นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Jamie Farnes ได้เสนอแบบจำลองจักรวาลวิทยาซึ่งมวลลบจะถูกสร้างขึ้นในอัตราคงที่ตลอดวิวัฒนาการของจักรวาล โมเดลนี้ขัดแย้งกับมุมมองที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปเกี่ยวกับธรรมชาติของสสาร อย่างไรก็ตาม แบบจำลองนี้อธิบายผลกระทบส่วนใหญ่ที่มักเกิดจากสสารมืดและพลังงานมืดได้เป็นอย่างดี โดยเฉพาะการขยายตัวของเอกภพ การก่อตัวของโครงสร้างขนาดใหญ่ ของเอกภพและรัศมีดาราจักร เส้นโค้งการหมุนของดาราจักร และสเปกตรัมที่สังเกตได้ของการแผ่รังสีไมโครเวฟพื้นหลังคอสมิก บทความที่ตีพิมพ์ใน ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์, พิมพ์งานล่วงหน้าได้ที่ arXiv.org

ในปัจจุบัน นักจักรวาลวิทยาส่วนใหญ่เชื่อว่าวิวัฒนาการของจักรวาลถูกอธิบายโดยแบบจำลอง ΛCDM ตามแบบจำลองนี้ ประมาณ 70 เปอร์เซ็นต์ของมวลจักรวาลเป็นพลังงานมืด 25 เปอร์เซ็นต์คือสสารมืดเย็น (นั่นคือสสารที่อนุภาคเคลื่อนที่ช้า) และมีเพียง 5 เปอร์เซ็นต์ที่เหลือเท่านั้นที่เป็นสสารแบริออนที่เราคุ้นเคย นักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดอัตราส่วนเหล่านี้โดยการวิเคราะห์ฮาร์โมนิกในรูปแบบการแผ่รังสีพื้นหลัง คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการวัด "องค์ประกอบ" ของจักรวาลได้ในบทความของ Boris Stern เกี่ยวกับดาวเทียม WMAP และ Planck ซึ่งเป็นส่วนสำคัญในงานนี้

น่าเสียดายที่นักวิทยาศาสตร์ไม่เข้าใจว่าสสารมืดและพลังงานมืดคืออะไร ไม่มีการทดลองที่แม่นยำเป็นพิเศษในการค้นหาอนุภาคสสารมืดซึ่งทำนายโดยแบบจำลองทางทฤษฎีจำนวนหนึ่ง (เช่น SUSY) ไม่ได้รับผลลัพธ์ที่เป็นบวก ปัจจุบัน ภาคตัดขวางการกระเจิงของอนุภาคธรรมดาและอนุภาค "มืด" ที่มีมวล 6 ถึง 200 เมกะอิเล็กตรอนโวลต์อยู่ที่ 10 −47 ตารางเซนติเมตร ซึ่งในทางปฏิบัติไม่นับอนุภาคในช่วงมวลนี้ และบังคับให้นักฟิสิกส์พัฒนาทฤษฎีทางเลือก อย่างไรก็ตาม สสารมืดยังคงปรากฎตัวผ่านปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วง การปรับเปลี่ยนเส้นโค้งการหมุนของกาแลคซีและรูปภาพ ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จากสมมติฐานนี้

พลังงานมืดนั้นเลวร้ายยิ่งกว่า การสังเกตเพียงอย่างเดียวที่ยืนยันการมีอยู่ของมันโดยตรง โดยไม่คำนึงถึงการวิเคราะห์ของ CMB คือการขยายตัวอย่างรวดเร็วของจักรวาล วัดโดย (ทางอ้อม พลังงานมืดได้รับการยืนยันโดยอัตราส่วนขององค์ประกอบทางเคมีในจักรวาลที่สังเกตได้) นอกจากนี้ นักฟิสิกส์ยังมีความเข้าใจที่ไม่ดีเกี่ยวกับพลังงานมืดที่มีอยู่บนโลก ระดับพื้นฐาน . แน่นอน, เชิงคุณภาพสามารถอธิบายได้โดยใช้ค่าคงที่จักรวาล (ระยะแลมบ์ดา) ใน แต่วิธีนี้ไม่ได้ให้ความรู้ใหม่และไม่อนุญาตให้สร้าง ประกอบด้วยอะไรบ้างพลังงานมืด ไอน์สไตน์อธิบายการเพิ่มเติมดังกล่าวในแง่ของอนุภาคที่มีมวลเป็นลบ - ในวิธีนี้ สมการการเคลื่อนที่จะกลายเป็นสมมาตร เช่นเดียวกับสมการของอิเล็กโทรไดนามิกส์ และเทอมแลมบ์ดาปรากฏเป็นค่าคงที่การรวมซึ่งไม่มีความหมายทางกายภาพ

สสารที่มีมวลลบคือสสารที่เร่งในทิศทางตรงกันข้ามกับแรง อนุภาคที่มีมวลเป็นลบจะขับไล่อนุภาคที่มีมวลบวกและลบ ในขณะที่อนุภาค "บวก" จะดึงดูดอนุภาคที่ "เป็นลบ" น่าเสียดายที่ภายในกรอบของแบบจำลอง ΛCDM วิธีการอธิบายพลังงานมืดนี้ดูเหมือนจะล้มเหลวอย่างเห็นได้ชัด ความจริงก็คือในระหว่างการขยายตัวของจักรวาล ความหนาแน่นขององค์ประกอบต่าง ๆ จะเปลี่ยนแปลงตามกฎที่แตกต่างกัน: ความหนาแน่นของสสารเย็นลดลง ในขณะที่ความหนาแน่นของพลังงานมืดยังคงที่ ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะระบุสสารด้วยมวลลบและพลังงานมืด

ปฏิกิริยาของอนุภาคที่มีมวลเป็นลบ: ลูกศรสีดำแสดงถึงแรง ลูกศรสีแดงแสดงถึงความเร่ง

Jamie Farnes / ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์

ปฏิกิริยาของอนุภาคที่มีมวลบวกและลบ: ลูกศรสีดำแสดงถึงแรง ลูกศรสีแดงแสดงถึงความเร่ง

Jamie Farnes / ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์

ปฏิกิริยาของอนุภาคที่มีมวลเป็นบวก: ลูกศรสีดำแสดงถึงแรง ลูกศรสีแดงแสดงถึงความเร่ง

Jamie Farnes / ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์

อย่างไรก็ตาม Jamie Farnes นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์อ้างว่าเขาสามารถเชื่อมโยงแนวคิดของ Einstein กับข้อมูลเชิงสังเกตได้ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ เขาได้รวมแนวคิดเรื่องมวลลบกับแนวคิดอื่นที่ขัดกับสัญชาตญาณเกี่ยวกับการผลิตมวลอย่างต่อเนื่องและสม่ำเสมอในปริมาตรของจักรวาล แนวคิดนี้ยังห่างไกลจากความคิดใหม่ มันถูกเสนอครั้งแรกในช่วงทศวรรษที่ 40 ของศตวรรษที่ผ่านมา

ในทางทฤษฎี กระบวนการดังกล่าวสามารถเกิดขึ้นได้จริงกับพื้นหลังของสนามโน้มถ่วงสูง (เช่น เนื่องจาก ) เมื่อพิจารณาถึงการเพิ่มเทนเซอร์ของโมเมนตัมพลังงานมาตรฐานสำหรับมวลบวก นักฟิสิกส์ได้เขียนและแก้ไขสมการของฟรีดมันน์ จากนั้นคำนวณโดยกฎที่จักรวาลขยายในแบบจำลองนี้ นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้คำนึงถึงการมีส่วนร่วมของสสารมืดและพลังงานมืดตามปกติ เป็นผลให้มันกลายเป็นว่ากฎที่รู้จักจะถูกทำซ้ำหากมวลลบเกิดขึ้นที่ความเร็วคงที่ Γ = −3 ชม, ที่ไหน ชมคือค่าคงที่ฮับเบิล ในกรณีนี้ ความหนาแน่นของมวลติดลบจะคงที่ในระหว่างการขยาย และจะจำลองค่าคงที่ของจักรวาลอย่างมีประสิทธิภาพ ในกรณีนี้ อัตราการขยายตัวและอายุขัยของจักรวาลจะเท่ากับในแบบจำลอง ΛCDM

นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้คำนวณว่ามวลลบจะแสดงขึ้นในระดับที่เล็กกว่าอย่างไร การทำเช่นนี้เขาจำลองภายใต้กรอบของแบบจำลองของเขาซึ่งเป็นปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคจำนวนมากที่มีมวลบวกและลบ เนื่องจากแพ็คเกจดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่มีอยู่ทั้งหมดไม่ได้คำนึงถึงการดัดแปลงที่ผิดปกติดังกล่าว Farnes จึงต้องพัฒนาโปรแกรมของเขาเอง เพื่อหลีกเลี่ยงการประมาณค่าใด ๆ ในระหว่างการคำนวณ ผู้วิจัยได้คำนวณพิกัดและความเร็วของแต่ละอนุภาคในแต่ละช่วงเวลา - ทำให้สามารถเพิ่มความน่าเชื่อถือของการคาดคะเนได้ แม้ว่าความต้องการของโปรแกรมเกี่ยวกับทรัพยากรการคำนวณจะเพิ่มขึ้นตามกำลังสอง ของจำนวนอนุภาค โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ด้วยเหตุนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงต้องจำกัดตัวเองให้สร้างแบบจำลองอนุภาค 50,000 อนุภาค

การใช้โปรแกรมที่พัฒนาขึ้น Farnes เห็นผลหลายอย่างที่สืบเนื่องมาจากสสารมืด ประการแรก เขาจำลองวิวัฒนาการของกลุ่มอนุภาคมวลบวกหนาแน่นที่แช่อยู่ใน "ทะเล" ของอนุภาคมวลลบ ระบบดังกล่าวควรอธิบายการวิวัฒนาการของกาแลคซีในเชิงคุณภาพในช่วงท้ายของการขยายตัวของจักรวาล เมื่ออนุภาค "เชิงลบ" มีชัยเหนือกาแลคซีที่ "บวก" อย่างมีนัยสำคัญ ในปัญหานี้ นักวิทยาศาสตร์เลือกจำนวนอนุภาค "บวก" นู๋+= 5000 จำนวนลบ นู๋− = 45000 เป็นผลให้เขาได้รับการกระจายความหนาแน่นที่สอดคล้องกับข้อมูลการสังเกต - ความหนาแน่นของอนุภาคเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆเมื่อเข้าใกล้ศูนย์กลางของกาแลคซีและเกิดขึ้นพร้อมกับโปรไฟล์ Burkert ซึ่งจะช่วยแก้ปัญหา "cuspy halo ปัญหา" ที่เกิดขึ้นในโมเดล ΛCDM

วิวัฒนาการของ "กาแล็กซี" ของสสารบวกที่จมอยู่ใน "ทะเล" ของสสารลบ

Jamie Farnes / ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์

โปรไฟล์มวลดาราจักรคำนวณโดย Farnes (สีน้ำเงิน) และสังเกตได้ในทางปฏิบัติ (เส้นประสีชมพู)

Jamie Farnes / ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์

ประการที่สอง ด้วยข้อมูลเริ่มต้นที่เหมือนกัน นักวิทยาศาสตร์ได้คำนวณเส้นโค้งการหมุนของดาราจักรและพบว่ามันสอดคล้องกับข้อมูลการสังเกตเช่นกัน ขณะอยู่ในแบบจำลองที่มีอนุภาค "บวก" ล้วนๆ สสารที่ขอบดาราจักรเคลื่อนที่ช้ากว่าใจกลางดาราจักร ในแบบจำลองที่มีอนุภาค "ลบ" เด่นกว่า ความเร็วจะคงที่โดยประมาณ

เส้นโค้งการหมุนของดาราจักรที่จมอยู่ใน "ทะเล" ของสสารลบ (สีแดง) และดาราจักร "อิสระ" (สีดำ)

Jamie Farnes / ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์

ประการที่สาม Farnes แสดงให้เห็นว่าโครงสร้างขนาดใหญ่ที่เป็นเส้นใยของจักรวาลปรากฏขึ้นตามธรรมชาติในแบบจำลองของเขา: กาแล็กซีรวมกันเป็นกระจุก กระจุกเป็นซุปเปอร์คลัสเตอร์ และกระจุกมากยิ่งกลายเป็นโซ่และผนัง เมื่อต้องการทำเช่นนี้ เขาคำนวณวิวัฒนาการของระบบที่มีอนุภาค "บวก" และ "ลบ" จำนวนเท่ากัน เนื่องจากข้อจำกัดของกำลังประมวลผลที่มีอยู่ นักวิทยาศาสตร์จึงใส่จำนวนอนุภาคทั้งสองชนิด นู๋ + = นู๋− = 25000 เช่นเดียวกับในกรณีก่อนหน้านี้ อนุภาค "เชิงลบ" ล้อมรอบอนุภาคของสสารธรรมดาและก่อตัวเป็นรัศมี แต่คราวนี้ ผู้วิจัยสามารถแยกแยะรูปแบบบนสเกลที่ใหญ่กว่าซึ่งคล้ายกับโครงสร้างของจักรวาลที่สังเกตได้

โครงสร้างที่เป็นเนื้อเดียวกันของจักรวาลที่จุดเริ่มต้นของการจำลอง

Jamie Farnes / ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์

ลงทะเบียนเพื่อฝึกงาน น่าเสียดายที่เขาไม่สามารถเห็นผลนี้ในการจำลองด้วยอนุภาค 50,000 อนุภาค อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์หวังว่าในการจำลองขนาดใหญ่ที่มีอนุภาคล้านอนุภาค กระบวนการดังกล่าวสามารถสังเกตได้ และยังแนะนำด้วยว่าพวกเขาจะช่วยให้เราสามารถยืนยันหรือหักล้างทฤษฎีใหม่ได้

ในที่สุด นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบว่าการปรับเปลี่ยนแบบจำลอง ΛCDM ที่เสนอจะบิดเบือนผลกระทบที่สังเกตได้จริงมากน้อยเพียงใด - การขยายตัวของเอกภพ วัดโดยเทียนมาตรฐาน พื้นหลังที่ระลึก และการสังเกตการรวมตัวของกระจุกดาราจักร ในกรณีเหล่านี้ นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์พบว่าสมมติฐานของเขาไม่ขัดแย้งกับข้อมูลที่สังเกตได้ อย่างไรก็ตาม ยังมีคำถามบางคำถามที่ยังเปิดอยู่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ยังไม่ชัดเจนว่าจะเชื่อมโยงสมมติฐานดังกล่าวกับแบบจำลองมาตรฐานได้อย่างไร (กลไกของ Higgs สามารถสร้างมวลลบได้หรือไม่) วิธีการทดลองตรวจจับอนุภาคที่มีมวลลบ และวิธีทดลอง อธิบายความขัดแย้งระหว่างการขับไล่อนุภาค "เชิงลบ" และทฤษฎี อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าปัญหาเหล่านี้สามารถแก้ไขได้ภายในกรอบของโมเดลใหม่

ดังนั้น แบบจำลองที่มีการผลิตมวลลบอย่างต่อเนื่องไม่ได้อธิบายเพียงการขยายตัวที่สังเกตได้ของจักรวาลเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการก่อตัวของโครงสร้างขนาดใหญ่ รัศมีสสารมืดรอบดาราจักรและเส้นโค้งการหมุนรอบ - ผลกระทบส่วนใหญ่มักเกิดจากความมืด พลังงานและสสารมืด ผิดปกติพอเช่น ผิดธรรมชาติอย่างสังหรณ์ใจสมมุติฐานซึ่งขัดกับทัศนะที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปในเรื่องนั้นค่อนข้าง สม่ำเสมอด้วยข้อมูลการสังเกต ยิ่งไปกว่านั้น เธอเสนอให้อธิบายด้วยวิธีที่ง่ายกว่านี้ โดยเกี่ยวข้องกับหน่วยงานน้อยลง ดังที่ผู้เขียนเองสรุปว่า “ในขณะที่ข้อเสนอนี้เป็นการละทิ้งความเชื่อและนอกรีต [บทความ] เสนอแนะว่าโดยหลักการแล้วค่าเชิงลบของพารามิเตอร์เหล่านี้สามารถอธิบายการสังเกตจักรวาลวิทยาในหลักการ ซึ่งมักจะถูกตีความภายใต้สมมติฐานที่สมเหตุสมผลของมวลบวก”

บางครั้งนักฟิสิกส์ก็มีแนวคิดที่ค่อนข้างแปลกเพื่ออธิบายความขัดแย้งที่สังเกตได้ระหว่างทฤษฎีและการทดลอง ตัวอย่างเช่น ในเดือนพฤศจิกายนปีที่แล้ว Hooman Davoudiasl นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชาวอเมริกันได้แนะนำพลังใหม่ที่ดำเนินการโดยอนุภาคสเกลาร์ที่เบามาก และขับไล่สสารมืดออกจากโลก ข้อสันนิษฐานนี้อธิบายความล้มเหลวของการทดลองภาคพื้นดินทั้งหมดในการค้นหาสสารมืด - หากแรงดังกล่าวมีอยู่จริง โดยหลักการแล้วเครื่องตรวจจับจะไม่สามารถบันทึกสิ่งใดได้ น่าเสียดายที่มันเป็นไปไม่ได้ที่จะตรวจสอบข้อความนี้ด้วยสถานะปัจจุบันของศิลปะ

Dmitry Trunin