Новое исследование: гравитация может существовать без массы

Темная материя — это гипотетическая форма материи, существование которой предполагается гравитационными эффектами, которые нельзя объяснить общей теорией относительности, если во Вселенной не присутствует больше материи, чем можно увидеть. Она остается практически такой же загадочной, как и почти сто лет назад, когда голландский астроном Ян Оорт впервые предложил ее в 1932 году для объяснения так называемой «недостающей массы».

Теперь профессор Ричард Лью из Университета Алабамы (UAH) опубликовал статью, которая впервые показывает, как гравитация может существовать без массы, предлагая альтернативную теорию, которая потенциально может уменьшить потребность в темной материи.

«Мое собственное вдохновение было вызвано поиском другого решения уравнений гравитационного поля общей теории относительности, упрощенная версия которого, применимая к условиям галактик и скоплений галактик, известна как уравнение Пуассона, которое дает конечную силу притяжения при отсутствии какой-либо обнаруживаемой массы», — говорит он.

«Эта инициатива, в свою очередь, вызвана моим разочарованием статус-кво, а именно идеей существования темной материи, несмотря на отсутствие каких-либо прямых доказательств в течение целого столетия».

Исследователь утверждает, что «избыточная» гравитация, необходимая для соединения и существования галактики или скопления галактик вместе, может быть вызвана концентрическими наборами оболочечных топологических дефектов в структурах, обычно встречающихся во всем космосе, которые, скорее всего, были созданы во время ранней Вселенной, когда произошел фазовый переход. Космологический фазовый переход — это физический процесс, при котором общее состояние материи меняется во всей Вселенной.

«В настоящее время неясно, какая именно форма фазового перехода во Вселенной может привести к топологическим дефектам такого рода», — говорит Ричард Лью.

«Топологические эффекты — это очень компактные области пространства с очень высокой плотностью материи, обычно в форме линейных структур, известных как космические струны, хотя возможны и двумерные структуры, такие как сферические оболочки».

«Оболочки, описанные в моей статье, состоят из тонкого внутреннего слоя положительной массы и тонкого внешнего слоя отрицательной массы; общая масса обоих слоев — а это все, что можно измерить с точки зрения массы — равна точно нулю, но когда звезда лежит на этой оболочке, она испытывает большую гравитационную силу, притягивающую ее к центру оболочки».

Поскольку гравитационная сила по своей сути связана с искривлением самого пространства-времени, она позволяет всем объектам взаимодействовать друг с другом, независимо от того, имеют они массу или нет. Например, было подтверждено, что безмассовые фотоны испытывают гравитационное воздействие от астрономических объектов.

«Гравитационное искривление света набором концентрических сингулярных оболочек, составляющих галактику или скопление, происходит из—за того, что луч света слегка отклоняется внутрь, то есть к центру крупномасштабной структуры или набора оболочек, когда он проходит через одну оболочку», — отмечает Ричард Лью.

«Суммарный эффект прохождения через множество оболочек — это конечное и поддающееся измерению общее отклонение, которое имитирует присутствие большого количества темной материи во многом так же, как скорость движения звезд по орбитам».

«Как отклонение света, так и орбитальные скорости звезд — это единственное средство, с помощью которого можно измерить напряженность гравитационного поля в крупномасштабной структуре, будь то галактика или скопление галактик. Суть моей статьи в том, что, по крайней мере, оболочки, о которых говорится в ней, не имеют массы. Тогда нет необходимости продолжать этот, казалось бы, бесконечный поиск темной материи.»

Вопросы для будущих исследований, вероятно, будут сосредоточены на том, как галактика или скопление галактик формируется в результате выравнивания этих оболочек, а также на том, как происходит эволюция подобных структур.