Massa Negatif adalah Dimana-mana dalam Fisika. Ini Juga Menjelaskan Materi Gelap

Gambaran seperti apa filamen Dark Matter jika kita bisa melihatnya dengan mata telanjang. Bintik-bintik kuning mewakili galaksi.

Pada awal Desember 2018 blogosphere fisikawan mengamuk karena makalah 2017 (pada kenyataannya masih cetakan untuk tanggal ini: arXiv: 1712.07962) di mana penulis James Farnes, Universitas Oxford, mencoba menjelaskan Materi Gelap dan Energi Gelap dengan hipotesis yang tampaknya tidak masuk akal: keberadaan cairan massa negatif yang menembus Semesta. Idenya sendiri bukanlah hal baru, dan penulis mengakui karya masa lalu oleh Albert Einstein, Hermann Bondi dan lainnya. Singkatnya, materi massa negatif berperilaku dengan cara berikut:

  • Interaksi positif-positif: kedua partikel saling tarik menarik;
  • Interaksi negatif-negatif: kedua partikel saling tolak;
  • Interaksi positif-negatif: kedua partikel berakselerasi ke arah yang sama, menunjuk dari massa negatif ke massa positif.

Sebagai seorang fisikawan partikel, saya tidak terlalu yakin dengan argumen itu, tetapi saya mengakui bahwa mungkin ada celah, jika kita membiarkan massa menjadi parameter yang efektif seperti dalam fisika keadaan padat, sehingga melanggar (setidaknya tampaknya) kesetaraan yang dihargai prinsip. Ini berarti bahwa massa yang memasuki persamaan yang mengatur perilaku gravitasi fluida ini tidak sepenuhnya setara dengan massa inersia (massa yang muncul dalam hukum gerak Newton yang agung seperti F = ma). Pemahaman saya adalah bahwa agregat materi reguler dapat menunjukkan perilaku seperti itu dalam keadaan yang tidak biasa, sering dikaitkan dengan suhu yang sangat rendah. Sebagai contoh, bahkan elektron dapat menunjukkan massa efektif dalam rezim superkonduktivitas (H. Frölich, Nature volume 168, halaman 280–281). Ada indikasi bahwa massa efektif negatif yang muncul dari potensi periodik dalam kisi-kisi dapat menjelaskan sejumlah sifat ganjil dari superkonduktor suhu tinggi (cond-mat / 0210455).

Kertas Farnes jauh melampaui spekulasi dasar. Penulis mengklaim dapat menjelaskan perataan kurva rotasi galaksi, pembentukan lingkaran cahaya Materi Gelap galaksi, formasi besar seperti filamen materi gelap yang menghubungkan galaksi, dan bahkan nasib akhir Semesta (spoiler: ia akan mengembang dan berkontraksi secara siklikal) ). Saya bukan ahli astrofisika dan saya lebih suka memberikan komentar yang berarti kepada para pakar ini. Beberapa berbicara mengatakan bahwa model itu dibuat sedemikian rupa sehingga pada akhirnya orang dapat menggunakan pisau cukur Occam dan terus menggunakan model kosmologi ΛCMD. Secara pribadi, beberapa argumen dalam makalah ini kedengarannya cukup melambaikan tangan kepada saya, misalnya penjelasan tentang kerataan ruang dan posisi puncak pertama spektrum daya CMB (lihat Bab 4.4). Di sisi lain, saya telah menemukan sangat merangsang argumen yang mendukung revisi interpretasi dari beberapa pengukuran kritis, seperti ekspansi Semesta dengan ledakan Supernova. Sementara pengukuran itu sendiri diterima begitu saja, yang mungkin salah adalah serangkaian asumsi yang mengarah pada interpretasi akhir. Yang paling penting, kepositifan dari kepadatan massa-energi yang hampir selalu ditegakkan meskipun dalam beberapa kasus percobaan itu sendiri tampaknya lebih suka sebaliknya (lihat bab 4.1 untuk perincian lebih lanjut). Dari perspektif Bayesian, saya hanya dapat memperingatkan Anda bahwa sebagian besar kesalahan kami disebabkan oleh asumsi yang salah: itu selalu yang sebelumnya!

Bagaimanapun, saya telah menemukan model yang cukup sederhana untuk diimplementasikan dalam kode komputer yang dapat dijalankan pada laptop. Dalam makalah ini Anda dapat menemukan referensi untuk implementasi yang lebih tepat, sementara tambang lebih mirip animasi daripada simulasi yang realistis. Kode ini didasarkan pada simulasi Dark Matter yang saya buat beberapa tahun yang lalu. Anda dapat membaca lebih lanjut tentang model ini di pos ini. Kode baru yang diadaptasi dapat ditemukan di sini. Untuk menjalankannya, Anda harus menginstal perpustakaan Processing dan Traer physics. Dalam implementasi saya, berbeda dari apa yang saya pikir James Farnes lakukan, saya membuat semua materi dengan massa positif, tetapi menetapkan kopling negatif (-G) untuk interaksi antara objek negatif-negatif.

Saya menyebarkan secara acak dengan distribusi seragam partikel-massa negatif. Sebaliknya, materi reguler ditempatkan dalam dua "rumpun" yang mewakili sekitar dua galaksi. Apa yang kamu pikir akan terjadi? Simulasi N-body berlangsung tanpa tujuan jangka panjang yang eksplisit. Paling tidak secara intuitif, yang terjadi adalah materi biasa mencoba menyatu lebih jauh, sementara materi negatif cenderung mengembang. Namun, dinamika menarik terjadi di sekitar gumpalan besar materi reguler: partikel negatif tertarik oleh "galaksi", tetapi jangan terlalu terkonsentrasi karena tolakan diri. Efek bersihnya, menurut kertas Farnes, adalah penciptaan "halo" di sekitar galaksi, dan "filamen" yang menghubungkan mereka. Bisakah Anda melihat hal-hal ini di video? Atau itu hanya angan-angan?

Sebagai penutup, kehidupan baru diberikan pada gagasan kuno dan cukup kuno tentang materi massa negatif untuk menjelaskan beberapa misteri terbesar Semesta: Materi Gelap, Energi Gelap, dan dinamika formasi keseluruhan pada skala kosmologis. Jika klaim luar biasa membutuhkan bukti luar biasa, saya tidak berpikir bukti seperti itu telah disajikan tanpa keraguan. Namun, itu mungkin bukan yang pertama atau terakhir kali sebuah mainan-model berkembang menjadi sesuatu yang lebih rumit.

Awalnya diterbitkan di disipio.wordpress.com pada 9 Desember 2018.