Стандартная Модель физики элементарных частиц является наилучшим отражением нашего нынешнего понимания устройства и «работы» Вселенной. Однако, эта модель касается всего лишь пяти процентов от того, что находится вокруг нас, остальная часть состоит из того, что называют темной материей и темной энергией о которых ученым стало известно лишь по косвенным данным, по гравитационным взаимодействиям с объектами, состоящими из обычной материи.
И недавно один из ученых-физиков из Оксфордского университета выдвинул новую теорию, согласно которой темная материя и темная энергия являются проявлениями одного и того же фактора — так называемой «темной жидкости», имеющей отрицательную массу, которой заполнена вся Вселенная.
Темная энергия и темная материя являются понятиями, принятыми для того, чтобы заткнуть «дыры» между теоретической частью (Стандартной Моделью) и результатами фактических наблюдений. К примеру, наблюдаемое астрономами движение и распределение галактик во Вселенной невозможно, если принимать в расчет только массу материи, которую можно увидеть. И с 1930-х годов существование невидимой дополнительной массы было сопоставлено с существованием невидимой темной материи.
Темная энергия — это более «свежее» понятие, нежели темная материя. Наблюдая за ускорением процесса расширения Вселенной, что было обнаружено в 1998 году, ученые выдвинули предположение о существовании некоего фактора, который несет за это ответственность. И этот фактор получил название темной энергии.
Теперь же, понятия темной материи и темной энергии, совмещенные с теорией Стандартной Модели, являются основой нынешней основной космологической теории, связанной с Большим Взрывом и имеющей название Lambda-CDM. Термин «Lambda» в названии обозначает темную энергию как своего рода физическую константу, А аббревиатура «CDM» означает холодную темную материю (cold dark matter). О низкой «температуре» темной материи говорят те факты, что она перемещается крайне медленно и совершенно не взаимодействует с обычной материей.
До последнего времени темную материю и темную энергию было принято рассматривать, как отдельные явления. Но некоторые из ученых уже давно задавались вопросом, не являются ли они разными проявлениями одного и того же фактора? Последний вопрос является ключевой идеей новой теории, основанной на модели Lambda-CDM и выдвинутой Джейми Фарнесом (Jamie Farnes), астрофизиком из Оксфордского университета.
Согласно новой теории Фарнеса, 95 процентов объема Вселенной заполнены некоей «темной жидкостью», а темная материя и темная энергия являются лишь разными ее проявлениями на физическом уровне. И эта теория, кстати, очень хорошо описывает некоторые из характерных особенностей «темных факторов», которые раньше нельзя было описать ничем другим.
Заполняющая Вселенную «темная жидкость» должна иметь отрицательную массу. Это походит на нечто из научной фантастики, тем не менее, даже с точки зрения ньютоновой физики это является возможным, пока только гипотетически. У объектов, имеющих отрицательную массу, должны иметься совершенно уникальные и экзотические свойства. Такие объекты должны создавать отрицательные гравитационные силы, отталкивая, а не притягивая другие объекты.
Если предположить, что космос заполнен «темной жидкостью» с отрицательной массой, то ее отрицательная гравитация создала бы эффекты, которые полностью соответствуют наблюдаемым явлениям, для объяснения которых было предложено понятие темной энергии. И то, что удерживает галактики, является не положительной гравитацией от скоплений темной материи, а отрицательной гравитацией окружающей их «темной жидкости». Другими словами, галактики — это своего рода «пузыри» обычной материи, плавающие в космическом океане «темной жидкости».
Одним из главных вопросов новой теории является вопрос отрицательной массы, касательно которой еще не имеется подтверждений ее существования. Однако, в своей теории Фарнес указывает на то, что все другие физические силы имеют и отрицательные значения, так почему же масса и гравитация не могут быть положительными и отрицательными? Следует отметить, что в пользу новой теории говорят результаты некоторых последних исследований, в ходе которых ученым удавалось получить жидкости и частицы, демонстрирующие свойства, обусловленные наличием у них отрицательной массы.
Вторым спорным моментом новой теории является то, что по мере расширения Вселенной плотность «темной жидкости» должна уменьшиться настолько, что эффекты от ее отрицательной массы должны перестать оказывать ощутимое влияние на все окружающее. Фарнес объяснил это наличием некоего «тензора создания» в его уравнениях, согласно чему во Вселенной постоянно создается новая материя с отрицательной массой, что позволяет удерживать все время плотность «темной жидкости» на относительно постоянном уровне.
Если теория Фарнеса верна, то все попытки охоты на частицы темной материи заранее обречены на неудачу, что полностью согласуется с результатами проведенных в этом направлении экспериментов. Конечно, имеются весьма немалые шансы, что теория Фарнеса далека от реальности. Так или иначе, Фарнес и его коллеги уже планируют использовать телескоп Square Kilometer Array (SKA) для проведения наблюдений и поиска некоторых эффектов, которые смогут послужить подтверждением теории «темной жидкости», включая сюда и поиски признаков существования во Вселенной объектов с отрицательной массой.