В недавно опубликованном исследовании физики элементарных частиц из Калифорнийского университета в Риверсайде предполагают, что темную материю можно объяснить существованием нового измерения в пространстве-времени.
В астрофизике темная материя это (пока еще теоретическая) форма материи, составляющая около 85% материи во Вселенной. Существование этой невидимой силы подтверждается множеством наблюдений во Вселенной, включая гравитационные эффекты, которые не могут быть объяснены общепринятыми теориями гравитации. Поскольку темная материя, по-видимому, не поглощает, не отражает и не излучает электромагнитное излучение, измерить или предоставить окончательные доказательства ее существования до сих пор было невозможно.
Изучение четвертого измерения
В исследовательской статье опубликовано в Журнале физики высоких энергийГруппа физиков из Калифорнийского университета в Риверсайде утверждает, что наличие четвертого измерения может объяснить существование темной материи и объяснить, почему она остается невидимой.
«Наша наблюдаемая Вселенная имеет три измерения пространства. Мы предполагаем, что может существовать четвертое измерение. Дополнительное измерение может объяснить, почему темная материя так хорошо скрывалась от наших попыток изучить ее в лаборатории», — говорит доктор. Филип Танедо, доцент кафедры физика и астрономия в Калифорнийском университете в Риверсайде и соавтор нового исследования в пресс-релизе.
Четвертое измерение? Охота, которая длилась долго
До появления гипотезы о новом темном измерении существование невидимых сил теоретизировалось в течение длительного времени.
Впервые он был предложен физиком-математиком и инженером Уильям Томсон В 1884.
Томсон также известен как лорд Кельвин после того, как стал первым британским ученым, возведенным в Палату лордов.
Томсон подсчитал, что масса Млечного Пути отличается от светящейся массы видимых звезд, и пришел к выводу, что «многие из наших звезд, возможно, подавляющее большинство из них, возможно, являются темными телами».
В следующем столетииУченые сделали многочисленные косвенные наблюдения, подтверждающие предположение Томсона о существовании «темных тел» или присутствии некоторого типа невидимой материи, которая оказывает значительное влияние на Вселенную.
Мы этого не видим, но знаем, что оно есть
Основным доказательством существования невидимой силы являются расчеты, показывающие, что галактики не могли бы формироваться и двигаться так, как они это делают, без большого количества невидимой материи.
До сих пор ученым не удавалось напрямую обнаружить темную материю, что привело большинство физиков к выводу, что вещество должно состоять из небарионных частиц или субатомных частиц, масса которых меньше массы протона. Косвенные доказательства, однако, оказались достаточно убедительными, чтобы заставить большую часть научного сообщества в целом признать существование темной материи (и четырех измерений, на самом деле: ПО МИНИМУМ четырех).
«Мы живем в океане темной материи, но очень мало знаем о том, что это может быть», — сказал Танедо. «Это одно из самых неприятных известных неизвестных в природе. Мы знаем, что оно существует, но не знаем, как его искать и почему оно не появилось там, где мы его ожидали».
Может ли 4-е измерение объяснить темную материю?
В новой статье Танедо и его коллеги предполагают, что частицы темной материи не ведут себя как частицы.
«Цель моей исследовательской программы последних двух лет — расширить идею темной материи, «разговаривающей» с темными силами», — сказал Танедо в пресс-релизе Калифорнийского университета в Риверсайде. «За последнее десятилетие физики осознали, что, помимо темной материи, взаимодействиями темной материи могут управлять и другие скрытые темные силы. Подтверждение их существования могло бы полностью переписать правила поиска темной материи».
Танедо повторяет, что эту операцию «темных сил» можно описать математически с помощью теории, включающей дополнительное четвертое измерение.
Темная материя будет выглядеть как непрерывная последовательность соседних частиц в этом темном четвертом измерении. Это могло бы объяснить, как темная материя вызывает некоторые любопытные явления, наблюдаемые в маленьких галактиках.
Дополнительное измерение, повторяющаяся идея
Хотя существование нового четвертого измерения звучит сенсационно, Танедо объяснил, что дополнительные измерения — это просто математический трюк для описания даже обычных теорий.
В конце концов, идея о том, что существование состоит из одного измерения или, скорее, из множества дополнительных измерений, также часто упоминается в теории струн или теории голографической вселенной.
Нестандартное мышление
Предыдущие исследования темной материи в основном были сосредоточены на теориях, объясняющих поведение, подобное видимым частицам. Танедо и его коллеги-исследователи говорят, что их новый подход к четвертому измерению исследует новые возможности, которые ранее не рассматривались.
Обычные силы можно описать как один тип частиц с фиксированной массой.
Предлагаемая теория предсказывала, что невидимые частицы могут быть описаны бесконечным числом различных частиц с разными массами, называемыми континуумами.
Разные силы
Исследователи говорят, что непрерывная сила этих невидимых частиц будет сильно отличаться от сил, ощущаемых обычной материей. «Для гравитационной или электрической силы, которую я преподаю в вводном курсе физики, когда вы удваиваете расстояние между двумя частицами, вы уменьшаете силу в четыре раза. С другой стороны, непрерывная сила снижается в восемь раз», — пояснил Танедо.
В статье физики Калифорнийского университета в Риверсайде говорят, что они обнаружили, что непрерывная сила, подобная предложенной, может воспроизводить наблюдения за движением звезд во Вселенной.
Следующий шаг – «темный фотон»
Команда Танедо говорит, что они планируют продолжать расширять свою теорию, исследуя модель «темного фотона».
«Это более реалистичный образ темной силы», — сказал Танедо. «Темные фотоны изучены очень подробно, но наша четырехмерная структура преподносит некоторые сюрпризы. Мы также рассмотрим космологию темных сил и физику черных дыр».
