Нове дослідження припускає, що гравітація може існувати без маси

Що таке гравітація без маси? Як революційні закони Ньютона, що описують її універсальний ефект, так і пропозиція Ейнштейна щодо ямочного простору-часу, ми думали про гравітацію виключно як про сферу матерії.

А тепер з’явилося нове дослідження, яке припускає, що гравітація може існувати без маси, зручно усуваючи потребу в одній з найбільш невловимих субстанцій у нашому Всесвіті – темній матерії.

Темна матерія – це гіпотетична невидима маса, яка, як вважається, становить 85 відсотків загальної маси Всесвіту. Спочатку винайдена для пояснення того, як галактики утримуються разом під час високошвидкісного обертання, вона досі не спостерігається безпосередньо, що змушує фізиків пропонувати всілякі фантастичні ідеї, щоб уникнути посилання на цей невловимий матеріал як на спосіб залатати дірки в сучасних теоріях.

Остання пропозиція в цьому напрямку належить астрофізику Річарду Ліу з Університету Алабами в Хантсвіллі, який припустив, що замість темної матерії, яка зв’язує галактики та інші тіла разом, Всесвіт може містити тонкі, схожі на оболонки шари “топологічних дефектів”, які породжують гравітацію без жодної основної маси.

Ліу почав з того, що намагався знайти інше рішення рівнянь поля Ейнштейна, які пов’язують викривлення простору-часу з наявністю в ньому матерії.

Як описав Ейнштейн у своїй теорії загальної відносності 1915 року, простір-час викривляється навколо згустків матерії та потоків випромінювання у Всесвіті залежно від їхньої енергії та імпульсу. Ця енергія, звичайно, пов’язана з масою у відомому рівнянні Ейнштейна: E=mc2.

Отже, маса об’єкта пов’язана з його енергією, яка викривляє простір-час – і це викривлення простору-часу є тим, що Ейнштейн описав як гравітацію, набагато складніше, ніж ньютонівське наближення гравітації 17-го століття як сили між двома об’єктами з масою. Іншими словами, гравітація здається нерозривно пов’язаною з масою.

Це не так, стверджує Льє.

У своїх роботах Ліу взявся розв’язувати спрощену версію рівнянь поля Ейнштейна, яка допускає скінченну силу гравітації за відсутності будь-якої маси, яку можна було б виявити. Він каже, що його зусилля були “зумовлені моїм розчаруванням статусом кво, а саме уявленням про існування темної матерії, незважаючи на відсутність будь-яких прямих доказів протягом цілого століття”.

Рішення Ліу складається з оболонкоподібних топологічних дефектів, які можуть виникати в дуже компактних областях простору з дуже високою густиною матерії.

Ці набори концентричних оболонок містять тонкий шар позитивної маси, заправлений всередину зовнішнього шару негативної маси. Ці дві маси взаємно компенсують одна одну, тож загальна маса двох шарів дорівнює нулю. Але коли зоря лежить на цій оболонці, вона відчуває велику гравітаційну силу, яка тягне її до центру оболонки.

“Суть моєї статті полягає в тому, що принаймні оболонки, про які йдеться в ній, є безмасовими”, – каже Ліу. Якщо ці спірні припущення мають якусь вагу, “тоді немає необхідності увічнювати цей, здавалося б, нескінченний пошук темної матерії”, – додає Ліу.

Наступне питання полягає в тому, як за допомогою спостережень можна підтвердити або спростувати запропоновані Ліу теорії.

“Зростаюча частота спостережень кільцеподібних і оболонкоподібних форм галактик у Всесвіті свідчить на користь запропонованого тут типу джерела”, – пише Ліу у своїй статті. Хоча він визнає, що запропоноване ним рішення є “вельми сугестивним” і не може само по собі дискредитувати гіпотезу темної матерії.

“У кращому випадку це може бути цікавою математичною вправою, – підсумовує Ліу. “Але це перший [математичний] доказ того, що гравітація може існувати без маси”.