Dem größten Teil des Universums fehlt eine „dunkle Flüssigkeit“ mit negativer Masse, die erklären könnte, warum

Etwa 95 Prozent des Universums fehlen. Dieses kosmische Geheimnis wird durch die Existenz von dunkler Materie und dunkler Energie erklärt. Ersteres macht etwa 27 Prozent des Universums aus, während letzteres 68 Prozent ausmacht.

Das Problem mit dunkler Materie und dunkler Energie ist, dass sie „dunkel“ sind. Normale Materie – das Material, das zum Beispiel die Sterne und Planeten herstellt – kann gesehen werden. Aber dunkle Materie und dunkle Energie scheinen keine elektromagnetische Strahlung zu absorbieren oder abzugeben, was sie unsichtbar macht. Wissenschaftler wissen, dass sie aufgrund ihrer Gravitationswirkung auf beobachtbare Materie existieren – Details zu ihren physikalischen Eigenschaften fehlen.

Eine neue Theorie von Jamie Farnes von der britischen Universität Oxford versucht, einige der Geheimnisse um die dunkle Materie und die dunkle Energie zu lösen, indem sie sie zu einer bizarren „dunklen Flüssigkeit“ vereint, die eine negative Masse hat.

Seine Studie, veröffentlicht in Astronomie und Astrophysik, Farnes diskutiert die Möglichkeit einer Flüssigkeit, die eine Art „negative Schwerkraft“ hat, die alle anderen Materialien um uns herum abstößt. Wenn du negative Massenmasse schieben würdest, würde sie sich auf dich zubewegen und nicht weggehen.

Die Idee der negativen Massen wurde schon früher mit dunkler Materie und Energie in Verbindung gebracht. Die Idee wurde jedoch im Allgemeinen aufgegeben, weil sie nicht mit Beobachtungsnachweisen übereinstimmt: „Wir wissen, dass Materie – wie z.B. negative Massenpartikel – sich mit der Ausdehnung des Universums immer weiter ausbreiten würde“, sagte Farnes gegenüber Newsweek. „Beobachtungen der dunklen Energie zeigen jedoch, dass sich diese unbekannte Substanz nicht mit der Zeit verdünnt – tatsächlich bleibt sie während der Expansion des Universums ebenso konstant.“ Um dieses Problem zu lösen, hat Farnes Einsteins Theorie der allgemeinen Relativitätstheorie modifiziert, um eine negative Massen- und Materiebildung zu ermöglichen.

Die Erschaffung der Materie – eine frühe Alternative zum Big Bang-says – wird ständig geschaffen, um das Material mit der Erweiterung des Universums zu ergänzen. Wir wissen jetzt, dass dies nicht der Fall für die normale Materie ist – aber es könnte trotzdem für die negative Materie gelten, sagte Farnes.

„In dieser neuen Theorie werden die negativen Massenpartikel kontinuierlich erzeugt, so dass die Partikel immer wieder aufgefüllt werden, wenn sich das Universum erweitert“, erklärte er. „In diesem neuen Ansatz scheinen diese kontinuierlich erzeugten negativen Massen identisch mit der dunklen Energie zu sein.“ Durch die Kombination von negativer Masse und Materiebildung können Dunkle Materie und Dunkle Energie zu einer einzigen Substanz vereint werden – einer „dunklen Flüssigkeit“.

Einer der Gründe, warum wir wissen, dass es dunkle Materie gibt, ist ihr gravitativer Einfluss auf Galaxien. Beobachtungen zeigen, dass sich Galaxien viel schneller drehen, als sie es sollten – so schnell sollten sie auseinandergerissen werden. Dunkle Materie, so scheint es, hilft, sie zusammenzuhalten. Um seine Theorie zu testen, erstellte Farnes ein 3D-Computermodell seiner dunklen Flüssigkeit, um zu sehen, ob sie eine Galaxie zusammenhalten würde. Und das tat es auch. „Das neue Modell wurde mit einer Simulation des Universums in einem Computer getestet und scheint auf natürliche Weise Halos dunkler Materie um Galaxien mit positiver Masse zu erzeugen. Dies ist eine direkte Beobachtungserwartung der dunklen Materie, und das scheint darauf hinzudeuten, dass das Modell vielversprechend ist. Es bleibt jedoch noch viel zu tun, um diese Idee weiter zu testen.“

Farnes sagt, dass es Einschränkungen in der Forschung gibt: „Das aktuelle Modell liefert überhaupt keine Erklärung für die Teilchenphysik, die negative Massen ermöglichen kann“, sagte er. „Das ist derzeit die Hälfte aller bekannten Physik, die nicht in mein Modell aufgenommen wird!“

Allerdings sagt er auch, dass die Natur der Masse in der Teilchenphysik schlecht verstanden wird, so dass Ideen der negativen Masse integriert werden könnten, um andere wissenschaftliche Rätsel zu erklären.

Farnes sucht nun nach Wegen, die Theorie zu testen – das Modell sagt voraus, dass Galaxien auf eine sehr gut definierte Weise verteilt werden sollten. Teleskope und Datenanalysetools, die derzeit entwickelt werden, werden es ihm ermöglichen, die Verteilung von Galaxien weiter zurück in der Zeit zu messen als je zuvor – und das sollte es ihm hoffentlich ermöglichen, Beweise „ziemlich schnell“ zu erkennen. Das einzige Problem ist, dass diese Technologie wahrscheinlich erst im Jahr 2030 einsatzbereit sein wird.

Alex Murphy, Professor für Nuclear & Particle Astrophysik an der University of Edinburgh in Großbritannien, der nicht an der Studie beteiligt war, sagte, dass die Ergebnisse interessant sind: „Es ist eine von vielen Bemühungen, Antworten auf tief beunruhigende Probleme mit unserem Verständnis für die Inhalte des Universums zu geben“, sagte er gegenüber Newsweek. „Das wichtigste Ergebnis ist, dass, wenn es die richtige Menge an negativer Massenmasse im Universum gibt, man die beobachteten Bewegungen und Verteilungen von Galaxien erklären kann, die ansonsten die Existenz dunkler Materie und dunkler Energie erfordern. Das ist sehr elegant.“

Murphy sagte, dass viel mehr Aufwand erforderlich sein wird, um zu sehen, ob das Modell einer großen Bandbreite astronomischer Beobachtungen standhält, es ist ein interessanter Ausgangspunkt. „Während all dies enorm spekulativ erscheinen mag (und es ist!), befindet sich die Standard-Kosmologie – und Teilchenphysik – in einer gewissen Sackgasse. Es ist nur möglich, dass eine solche Idee den Durchbruch bringt, der nötig ist.“

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