Ісаак Ньютон сформулював свою теорію гравітації як дії на відстані: планета миттєво відчуває вплив іншого небесного тіла, незалежно від відстані між ними. Ця характеристика спонукала Альберта Айнштайна до розробки 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 і 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 наукове співтовариство доклало великих зусиль, щоб зрозуміти ці загадкові явища, але багато питань залишаються без відповіді. Щоб дослідити природу темної матерії та її взаємодії з гравітацією, може знадобитися новий підхід», — пояснюють автори дослідження. вивчення. Нове дослідження SISSA точно дослідило цей інтригуючий шлях.
Дослідження пропонує нову модель нелокальної взаємодії між темною матерією галактики та гравітацією.
«Схоже, ніби вся матерія у Всесвіті підказує темній матерії в галактиці, як рухатися», — стверджують автори.
Для моделювання цієї нелокальності було використано 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, експериментальні результати на тисячах галактик різних типів показали, що нова модель точніше описує рух зірок у порівнянні із стандартною теорією 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 відповідей», — підкреслюють автори. «Як саме виникає нелокальність? Які її наслідки для більших структур, таких як скупчення галактик, або у феномені гравітаційного лінзування, яке дозволяє нам спостерігати віддалені небесні об’єкти?»
Крім того, необхідно буде переглянути стандартну модель космології з урахуванням цього нового механізму.
Автори роблять висновок: «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».