Ісаак Ньютон описав свою теорію гравітації як силу, яка миттєво діє в просторі: планета негайно відчуває вплив іншого астрономічного об’єкта, незалежно від відстані між ними. Цей аспект надихнув Ейнштейна на створення відомої теорії загальної відносності, де гравітація стає локальною деформацією простору-часу.
Принцип локальності стверджує, що на об’єкт безпосередньо впливає лише навколишнє середовище: віддалені об’єкти не можуть спілкуватися миттєво, має значення лише те, що тут зараз. Однак у минулому столітті, із зародженням і розвитком квантової механіки, фізики виявили, що нелокальні явища не тільки існують, але й є фундаментальними для розуміння природи реальності.
Тепер нове дослідження SISSA – Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, нещодавно опубліковане в The Astrophysical Journal, припускає, що темна матерія, один із найзагадковіших компонентів Всесвіту, взаємодіє з гравітацією нелокальним чином. За словами авторів, к.т.н. студентів Франческо Бенетті та Джованні Гандольфі разом із їхнім науковим керівником Андреа Лапі, це відкриття може дати новий погляд на все ще незрозумілу природу темної матерії.
Темна матерія є фундаментальним компонентом природи: вона відповідає за формування структур, які ми сьогодні спостерігаємо у Всесвіті, і оточує світну матерію в галактиках, сприяючи руху зірок, які ми бачимо на небі. Однак природа темної матерії, особливо її взаємодія з гравітацією в менших галактиках, залишається загадковою.
«В останні десятиліття наукова спільнота доклала великих зусиль, щоб зрозуміти ці загадкові явища, але багато питань залишаються без відповіді. Для дослідження природи темної матерії та її взаємодії з гравітацією може знадобитися новий підхід», — пояснюють автори дослідження. Нове дослідження SISSA точно дослідило цей інтригуючий шлях.
Дослідження пропонує нову модель нелокальної взаємодії між темною матерією галактики та гравітацією: «Це виглядає так, ніби вся матерія у Всесвіті говорить темній матерії в галактиці, як рухатися», — заявляють автори.
Для моделювання цієї нелокальності було застосовано дробове числення, математичний інструмент, який вперше був розроблений у 17 столітті та нещодавно знайшов застосування в різних областях фізики. Потужність цього обчислення ніколи раніше не перевірялася астрофізикою.
«Нам було цікаво, чи може дробове числення бути ключем до розуміння таємничої природи темної матерії та її взаємодії з гравітацією, і, як не дивно, результати експериментів на тисячах галактик різних типів показали, що нова модель точніше описує рух зірок у порівнянні з до стандартної теорії гравітації», – пояснюють автори.
Схоже, що ця нелокальність виникає як колективна поведінка частинок темної матерії в замкнутій системі, що виявляється особливо актуальним для галактик малого розміру. Глибоке розуміння цього явища могло б наблизити нас до того, чим насправді є темна матерія.
«Однак багато запитань ще потребують відповіді», — підкреслюють автори. «Як саме виникає нелокальність? Яке його значення для більших структур, таких як скупчення галактик, або у феномені гравітаційного лінзування, яке дозволяє нам спостерігати за далекими небесними об’єктами?»
Крім того, необхідно буде переглянути стандартну модель космології з урахуванням цього нового механізму.
«Будуть проведені подальші дослідження, щоб вивчити всі ці наслідки та багато іншого. Ми не здивуємося, якщо виявимо, що інші невирішені питання про Всесвіт можуть бути вирішені новою запропонованою нелокальністю».
Прогрес у розумінні природи темної матерії є значним кроком до кращого пізнання нашого Всесвіту. Поточні дослідження продовжують надавати нові перспективи та наближають нас до всебічного розуміння явищ, які нас оточують. Джерело