負の質量は物理学のどこにでもあります。また、暗黒物質について説明します

私たちが肉眼でそれらを見ることができるならば、暗黒物質のフィラメントがどのように見えるかについての描写。黄色の斑点は銀河を表しています。

2018年12月上旬、物理学者のブロゴスフィアは、2017年の論文(実際にはまだこの日付までの前刷り:arXiv:1712.07962)により、著者オックスフォード大学のジェームズファーンズがダークマターとダークエネルギーを一見不合理な仮説:宇宙に浸透する負の質量流体の存在。アイデア自体は新しいものではなく、著者はアルバート・アインシュタイン、ヘルマン・ボンディなどの過去の作品を認めています。一言で言えば、負の質量の問題は次のように振る舞います:

  • 正と正の相互作用:2つの粒子は互いに引き合います。
  • 負と負の相互作用:2つの粒子は互いに反発します。
  • 正負の相互作用:両方の粒子が同じ方向に加速し、負の質量から正の質量を指します。

素粒子物理学者として、私は特に議論に納得していませんが、固体物理学のように質量を有効なパラメータにすると、抜け穴があるかもしれないと思います。原理。つまり、この流体の重力挙動を支配する方程式に入る質量は、慣性質量(F = maなどの栄光のニュートンの運動法則に現れる質量)と厳密に同等ではないことを意味します。私の理解では、通常の物質の集合体は、通常非常に低い温度に関連する異常な状況下でそのような挙動を示す可能性がある。たとえば、電子でさえ、超伝導領域で有効質量を示すことがあります(H.Frölich、Nature volume 168、280-281ページ)。格子の周期的ポテンシャルから生じる負の有効質量が、高温超伝導体のいくつかの奇妙な特性を説明するかもしれないという兆候があります(cond-mat / 0210455)。

ファーネスの論文は、基本的な推測をはるかに超えています。著者は、銀河の回転曲線の平坦化、銀河の暗黒物質ハローの形成、銀河をつなぐ暗黒物質のフィラメントなどの大きな形成、さらには宇宙の究極の運命さえも説明することができると主張しています(スポイラー:周期的に拡大および縮小します)。私は天体物理学者ではありませんので、専門家にこれらの主張に対して有意義なコメントをお願いします。モデルは非常に考案されているため、最終的にオッカムのカミソリを呼び出して、宇宙論のΛCMDモデルを使い続けることができると言った人もいました。個人的には、紙面の議論のいくつかは、たとえば空間の平坦性やCMBパワースペクトルの最初のピークの位置の説明(セクション4.4を参照)など、かなり手間がかかりました。一方、私は、超新星爆発による宇宙の膨張など、いくつかの重要な測定値の解釈の改訂を支持する議論を非常に刺激していることがわかりました。測定自体は当たり前のことですが、間違っている可能性があるのは、最終的な解釈につながる一連の仮定です。最も顕著なのは、場合によっては実験自体が別の方法で好むように見える場合でも、ほとんど常に強制される質量エネルギー密度の正さです(詳細についてはセクション4.1を参照)。ベイジアンの観点から、私たちの過ちのほとんどは間違った仮定に起因しているということだけを警告することができます。それは常に優先事項です!

いずれにせよ、ラップトップで実行できるコンピューターコードに実装できるほど単純なモデルであることがわかりました。論文では、より適切な実装への参照を見つけることができますが、私は現実的なシミュレーションというよりもアニメーションのように見えます。コードは、数年前に作成したダークマターの以前のシミュレーションに基づいています。この投稿でこのモデルについて詳しく読むことができます。新しい、適応されたコードはここにあります。実行するには、ProcessingおよびTraer物理ライブラリをインストールする必要があります。私の実装では、James Farnesの考えとは異なり、すべての物質を正の質量で作成しますが、負の結合(-G)を負と負のオブジェクト間の相互作用に割り当てます。

負の質量の粒子を均一な分布でランダムに散布します。代わりに、通常の物質は、およそ2つの銀河を表す2つの「塊」に配置されます。何が起こると思いますか? N体シミュレーションは、明示的な長期目標なしで進行します。少なくとも直観的には、通常の問題はさらに合体しようとしますが、否定的な問題は拡大する傾向があります。しかし、通常の物質の大きな塊の近くで興味深いダイナミクスが発生します。負の粒子は「銀河」に引き寄せられますが、自己反発により集中しすぎません。 Farnesの論文によると、最終的な効果は、銀河の周りの「ハロー」とそれらをつなぐ「フィラメント」の作成です。ビデオでこれらのものを見つけることができますか?それとも単に希望的観測ですか?

まとめとして、古くてファッショナブルではないネガティブマスの考え方に新たな命を吹き込み、宇宙の最大の謎のいくつかを説明しました:ダークマター、ダークエネルギー、宇宙論的規模でのフォーメーションの全体的なダイナミクス。特別な申し立てに特別な証拠が必要な場合、そのような証拠が合理的な疑いを超えて提示されたとは思いません。ただし、玩具モデルがより複雑なものに進化するのは、最初でも最後でもない場合があります。

もともと2018年12月9日にdisipio.wordpress.comで公開されました。