فیزیکدانان نوترینو را دلیل اصلی ایجاد ماده تاریک یا انرژی تاریک میدانند ، زیرا جرم استراحت جداگانه آنها کوچک است. نوترینوهای برجای مانده از انفجار بزرگ ما بعد از فوتون ها ، دومین ذرات فراوان در جهان ما هستند. مجموع جرم تمام نوترینوها در جهان برابر با تمام جرم کل ستارگان قابل مشاهده است. تمام نوترینوهای مشاهده شده دارای فاکتورهای لورنتس بیشتر از 10 درجه هستند ، به این معنی که همه آنها بسیار سریع و تقریباً با سرعت نور حرکت می کنند. اما آنچه اهمیت دارد انرژی ، حرکت ، توده های نسبی گرایانه و گرانش آنهاست و این ها شش مرتبه بزرگتر از جرم های استراحت آنها هستند. نوترینوها دارای جرم نسبی منفی-واقعی هستند که برای گرانش منفی انرژی تاریک مورد نیاز است که باعث انبساط سریع جهان ما می شود.
نوترینوها نوسان می کنند. این راهی است که ما می دانیم آنها باید مقداری جرم داشته باشند و نمی توانند با سرعت نور حرکت کنند. اگر آنها با سرعت نور حرکت کنند ، به نظر می رسد که زمان از دید ما برای آنها متوقف می شود. آنها نمی توانند نوسان کنند مگر اینکه وقت این کار را داشته باشند. مربع جرم آنها از روی نوسانات قابل اندازه گیری است و منفی است و نشان می دهد که آنها با سرعت بیشتری از سرعت نور حرکت می کنند.تاکنون هیچ ذره ای با جرم منفی کشف نشده است.ما می توانیم اعداد را برای جرم منفی متصل کنیم اما آنچه به دست می آوریم به معنای منطقی بودن فیزیکی آن نیست. این فقط حدس و گمان هست
مشکلی در جرم منفی است که منجر به واکنشهای فراری می شود.
ابتدا جرم منفی به سمت مخالف نیرویی که بر آن وارد شده شتاب می گیرد. این بدان معناست که یک گلوله با جرم منفی که به دیواره شلیک می شود سریعتر از آنکه به داخل آن وارد شود از آن طرف دیوار عبور می کند. کشیدن هوا سرعت آن را حتی بیشتر می کند. منجر به یک سیستم فراری می شود ، هرچند که از مقدار منفی جرم منفی صحبت کنیم. یک گلوله کوچک و خرده های آن با دریافت انرژی جنبشی منفی بیشتر و در نهایت همه چیز را از بین می برد.
تا آنجا که می دانیم - همه مشاهدات با این مورد سازگار است -.m≥0 یعنی اجرام مثبت
از نظر ریاضی می توانید توده های منفی ، توده های خیالی یا بسیاری از توده های دیگر را تصور کنید ، اما این به معنای واقعی بودن آنها نیست.انرژی ازاد مثبت مربوط به ماده را که انرژی کل صفر می دهد جبران می کند. انرژی صفر به معنای جرم صفر ف نیست. به عنوان مثال فوتون ها دارای جرم صفر اما انرژی مثبت هستند.
از کجا می دانید که یک توده منفی " هیچگونه نقض صرفه جویی در حرکت و انرژی را ایجاد نمی کند "؟
1. حرکت جرم منفی و جرم مثبت
جرم منفی هم جرم اینرسی منفی دارد و هم جرم جاذبه.
جرم منفی در جهت جرم مثبت و جرم مثبت در جهتی شتاب می گیرد که از جرم منفی فاصله داشته باشد.
اگر مقدار مطلق جرم مثبت بزرگتر از جرم منفی باشد ، آنها در زمان محدود به هم می رسند (اثر جذاب). اگر مقدار مطلق جرم مثبت کوچکتر از جرم منفی باشد ، فاصله بین آنها بیشتر خواهد بود و آنها نمی توانند هم را جذب کنند (اثر دافعه).
این خاصیت بسیار مهم است. جرمهای منفی به گرانش محدود شده به جرمهای مثبت عظیم (کهکشان یا خوشه کهکشانها) برای جرم مثبت عظیم تأثیر جالبی بر جرم منفی دارند.
یکی از مشکلات مربوط به حرکت جرم منفی ، که محققان احتمالاً آن را اشتباه درک می کنند این است که اگر ذرات جرم منفی در اطراف زمین (یا کهکشان) وجود داشته باشد ، جرم مثبت زیادی وجود دارد ، ممکن است آنها به سمت جهان پرواز نکنند ، اما به زمین می افتند (یا کهکشان)
2. حرکت جرم منفی و جرم منفی
هر دو جسم در جهت $+ r $ شتاب می گیرند که فاصله r را افزایش می دهد ، بنابراین هرچه زمان می گذرد ، فاصله بین آنها بیشتر از شرایط اولیه است و نیروی بین آنها جاذبه است ، اما اثر دافعه است. نیرو جاذبه است $(-Gm1m2 / r ^ 2)$ ، بنابراین انرژی پتانسیل بین آنها ارزش منفی دارد.
تا آنجا که من فهمیدم ، اگر این ماده وجود داشته باشد ، باید به دلیل دفع نیروی از ماده "مثبت" فاصله داشته باشد ، بنابراین توضیح می دهد که چرا هیچ مشاهده ای از این ماده وجود ندارد.
اشکال مختلف توضیح براساس معیارها (نیرو ، حرکت ، توده فعال). به دلیل جرم اینرسی منفی ، جهت نیرو و حرکت تغییر می کند.
جرم منفی (انرژی) در جهت جرم مثبت (انرژی) و جرم مثبت (انرژی) در جهتی که دور از جرم منفی (انرژی) است شتاب می گیرند.ولی،1) اگر مقدار مطلق جرم مثبت بزرگتر از جرم منفی باشد ، آنها در زمان محدود به هم می رسند (اثر جذاب)2) اگر مقدار مطلق جرم مثبت کوچکتر از جرم منفی باشد ، فاصله بین آنها بیشتر خواهد بود ، و آنها نمی توانند ملاقات کنند (اثر دافعه) .
برای راحتی کار بیایید این دو ذره را پروتون و الکترون بنامیم.
فرض کنید در یک فاصله با پروتون و الکترون در حالت استراحت شروع می کنیم rجدا از هم. سپس برای جداسازی ذرات تا بی نهایت باید روی آنها کار کنیم. البته این کار فقط (منهای) انرژی پتانسیل است$U(r) $
اگر اکنون جرم کل ذرات جدا شده را اندازه گیری کنیم ، متوجه می شویم که این فقط جرم پروتون به اضافه جرم الکترون است:
$M_\infty = m_p + m_e $
مجبور شدیم یک انرژی صرف کنیم $U(r) $ برای جدا کردن دو ذره و این مربوط به یک جرم است $ m = U/c^2$. بنابراین اگر جرم نهایی باشد$M_\infty $ این باید به معنای پایین بودن جرم اولیه باشد:
$\begin{align}
M_r &= M_\infty - U/c^2 \\
&= m_p + m_e - U/c^2
\end{align} $و این کاملا درست است. آنچه کشف کردید این است که جرم حالت محدود همیشه کمتر از جرم کل اجزای تشکیل دهنده آن است. تفاوت در انرژی اتصال است.
اما این بدان معنا نیست که یک توده منفی در جایی پنهان شده است. این فقط به این معنی است که برای سیستم های کامپوزیت جرم یک مفهوم پیچیده تر از آن است که شما فکر می کنید. جرم یک سیستم ترکیبی در هیچ نقطه یا نقطه خاصی قرار ندارد - این یک ویژگی از سیستم به عنوان یک کل است.
از آنجا که گرانش نیوتنی مشابه الکترواستاتیک است ، آیا نباید چیزی به نام جرم منفی وجود داشته باشد؟ همچنین ، یک بار متحرک باعث تولید میدان الکتریکی می شود ، اما چرا یک توده متحرک یک میدان دیگر تولید نمی کند؟
قانون الکترواستاتیک کولن و نیروی جاذبه نیوتن ممکن است کاملاً شبیه به هم باشند ، اما معادلات ماکسول و نیروی لورنتس شباهت زیادی به معادله میدان انیشتین و معادله ژئودزیک ندارند -
نسبیت عام یک مدل ریاضی است که انحنای فضا-زمان را به جسمی به نام تانسور تنش-انرژی مرتبط می کند . در بسیاری از موارد ، تانسور انرژی-تنش تحت سلطه جرم است و شما می توانید انحنای مربوط به جرم را در نظر بگیرید. اما این همیشه درست نیست ، همانطور که در زیر ذکر می کنم.
به هر حال ، می توانیم هر عددی را که می خواهیم در تانسور انرژی-تنش قرار دهیم و سپس انحنا را محاسبه کنیم. اگر یک جرم مثبت قرار دهیم ، قانون معمول گرانش را (در حد نیوتنی) بدست می آوریم ، اما می توانیم یک جرم منفی قرار دهیم و یک دافعه درست مثل شما در الکترواستاتیک دریافت خواهیم کرد. ماده ای با جرم منفی معمولاً به عنوان ماده ای عجیب و غریب شناخته می شود و یک ترفند محبوب برای ساخت اجسام عجیب سوراخ کرم چاله است .
اما فقط به این دلیل که ما یک ماده عجیب و غریب را در معادله اینشتین قرار می دهیم ، به این معنی نیست که انجام چنین کاری از نظر جسمی منطقی است. هیچ کس تاکنون ماده عجیب و غریب را مشاهده نکرده است ، هیچ کس دلیل نظری قانع کننده ای برای وجود آن ارائه نکرده است. بنابراین اگرچه نمی توانیم اثبات کنیم که ماده عجیب و غریب وجود ندارد
حتی اگر ما هرگز ماده عجیب و غریب را مشاهده نکرده ایم ، (فکر می کنیم) انرژی تاریک را مشاهده کرده ایم . این مهم نیست و جرم منفی ندارد ، اما باعث دافعه گرانشی می شود.
سه اندازه گیری مختلف از جرم یک جسم وجود دارد: جرم اینرسی (تعریف شده توسط قانون دوم نیوتن) ، جرم جاذبه منفعل (تعریف شده توسط مقدار نیرو در میدان گرانشی) و جرم جاذبه فعال (تعریف شده توسط قدرت میدانهای گرانشی که ایجاد می کند). بسته به اینکه کدام یک از آنها منفی باشد ، از نظر کیفی پیش بینی های متفاوتی دریافت می کنید
جسمی با منفی اما مثبت روی می افتد. به عنوان مثال ، ضد ماده با دقت بالا تأیید شده است تا همان ماده را داشته باشد ، اما از نظر تاریخی پیشنهاداتی مبنی بر منفی بودن . هیچ کس این مسئله را در این مرحله بسیار محتمل نمی داند ، اما آزمایشات برای آزمایش تجربی در حال انجام است و نتایج اولیه گزارش شده است
اگر نشانه ای از از نشانه ای از تفاوت ، حفاظت از حرکت می نقض شده است. این امر می تواند برای کلیه نظریه های اساسی فیزیک مشکلات جدی ایجاد کند و آزمایشات محدودیت های شدیدی در عدم صرفه جویی در حرکت ایجاد کرده است
در نسبیت ، جرم و انرژی معادل یکدیگر هستند ، بنابراین ما به انرژی جرم اشاره می کنیم تا فقط جرم. در نسبیت عام ، توانایی ماده در تولید میدان های گرانشی نه تنها با انرژی جرمی آن بلکه با سایر متغیرها مانند فشار نیز تعیین می شود. از نظر ریاضی ، این موضوع در جسمی رمزنگاری می شود به نام تانسور تنش-انرژی. اندازه گیری چگالی جرم-انرژی ، فشار و غیره نیز به چارچوب مرجع ناظر بستگی دارد. به همین دلایل ، توصیف مفهوم جرم جاذبه مثبت مثبت یا منفی پیچیده تر از تعیین علامت یک عدد منفرد است. نسبی گرایان در عوض درباره شرایط انرژی صحبت می کنند .
شرایط ضعیف انرژی (WEC) می گوید که چگالی انرژی (یعنی انرژی جرم) هرگز در هر قاب منفی نیست. شرایط غالب انرژی (DEC) مانند شرایط ضعیف انرژی است ، اما همچنین تضمین می کند که هیچ مشاهده کننده ای شار انرژی را با سرعت بیشتر از c جریان نخواهد دید. شرایط انرژی قوی (SEC) اساساً بیان می کند که گرانش هرگز دافعه نیست.
مشاهده شده است که SEC توسط انرژی تاریک نقض می شود. در حقیقت ، انتظار می رود تمام شرایط انرژی توسط سیستم های مکانیکی کوانتومی خاص نقض شود . با این حال ، هیچ نوع ماده مشهودی شناخته نشده است که بتواند این شرایط انرژی را نقض کند.
ایا انرژی تاریک می تواند ذراتی با جرم منفی باشد؟
ماده تاریک: ما نیروی جذاب اضافی می بینیم و تصور می کنیم که ذراتی وجود دارند که چنین نیرویی را ایجاد می کنند و از اندازه گیری این نیرو برای حدس زدن مکان آنها استفاده می کنند.
تنها چیز این است که ، انرژی تاریک یکنواخت است. بنابراین تصور می کنم این مواد باید (حداقل تا حدودی ) به طور یکنواخت در سراسر جهان توزیع شوند. چقدر یکدست بودن آن را می دانیم؟ آیا ممکن است "چیزها" به نوعی بخشی از فضای خالی خود باشد؟
اگر انرژی تاریک از ذرات تشکیل شده باشد ، با شعاع در حال رشد جهان به قدرت سوم رقیق می شود ، زیرا تعداد کل ذرات در حالی که حجم افزایش می یابد ثابت خواهد ماند. آنچه مشاهده شد این بود که انرژی تاریک بیشتر مانند یک ثابت رفتار می کند که رقیق نمی شود ، به همین دلیل است که به عنوان ثابت کیهان شناسی نیز شناخته می شود . این بدان معناست که حتی اگر جهان منبسط شود ، مقدار انرژی تاریک در هر متر مکعب (حداقل تقریباً) ثابت می ماند.
ماده و ماده تاریک نیز حداقل در بزرگترین مقیاس ها به طور مساوی در سراسر جهان مشاهده شده توزیع می شوند. چیزی که انرژی تاریک را متفاوت می کند این نیست که به طور یکنواخت توزیع می شود بلکه تراکم ثابت آن است. مقدار انرژی تاریک در هر متر مکعب جهان بدون در نظر گرفتن حجم کل جهان یکسان است. اگر جهان دو برابر بزرگتر باشد ، انرژی تاریک دو برابر بیشتر است ، بنابراین جهان دو برابر سریعتر منبسط می شود. از این رو گسترش شتابان. این باید خاصیت فضا باشد. اگر این ذرات بودند با افزایش حجم به سادگی رقیق می شدند.
"اگر انرژی تاریک از ذرات تشکیل شده باشد ، با شعاع در حال رشد جهان به قدرت سوم رقیق می شود ، زیرا تعداد کل ذرات در حالی که حجم افزایش می یابد ثابت خواهد ماند. آنچه مشاهده شد این بود که انرژی تاریک بیشتر مانند یک ثابت رفتار می کند که رقیق نمی شود ، به همین دلیل به آن ثابت کیهان شناسی نیز می گویند. این بدان معناست که حتی اگر جهان منبسط شود ، مقدار انرژی تاریک در هر متر مکعب (حداقل تقریباً) ثابت می ماند. "
راه حل هایی برای این مسئله در نظریه های دوقطبی بررسی شده وجود داردنظریه زیادی هست که انرژی مثبت را از گونه های انرژی منفی در دو معیار شبه ریمانی مزدوج جدا می کند $g_{\mu \nu}^{(+)} $ و $ g_{\mu \nu}^{(-)}$ که در آن فاصله بین دو نقطه A و B در فضا زمان با توجه به معیار اندازه گیری متفاوت است.
بخشهای مثبت و منفی دارای فاکتورهای مختلف فضایی هستند $ a^{(+)}$ و $ a^{(-)}$که می توانید با "شعاع" اندازه گیری شده "اندازه" جهان تقریب بزنید. از آنجا که بخش مثبت و بخش منفی هر دو در حال گسترش هستند ، اما همچنین در دافعه متقابل و در تعادل ناپایدار از بیگ بنگ قرار دارند ، یکی از بخشها به سرعت از جلوی دیگری عبور کرد. به روشی ساده ، تصور کنید که این دو بخش به صورت دو حباب متحدالمركز در حال انبساط هستند و در عین حال دافعه متقابل دارند. از این رو حباب پیش رو در حال تسریع است ، و با آن روبرو شده است که پشت سر گذاشته است ، که خود به همین دلیل دچار توسعه کندتر می شود.
محاسبات نشان می دهد که حباب داخلی همیشه بسیار منقبض خواهد ماند و محتوای آن (سحابی های گاز داغ ساخته شده از ذرات منفی) ، اگرچه از نظر جاذبه متقابل جذاب هستند ، اما با بی ثباتی گرانشی هرگز در مجامع جمع نمی شوند ، زیرا زمان خنک سازی در این بخش برابر است با عصر جهان (بنابراین هیچ ستاره ای ، هیچ سیاره ای ، زندگی در بخش منفی منقبض شده). بنابراین ، اگرچه جرم مثبت برابر است (در مقدار مطلق) جرم منفی جهان: $(| + m | = | - m |) $، حالت انقباضی بخش منفی (عامل مقیاس فضایی کوچکتر) محتوای منفی جهان به نظر می رسد دارای تراکم جرمی بسیار بیشتری باشد $(| - ρ | ≫ | + ρ|)$ بنابراین این محتوای منفی جهان ، چگالی انرژی منفی آن است که وظیفه آن را بر عهده دارد و باعث گسترش شتاب دهنده کیهانی می شود.
علت این انبساط شتاب دهنده همان چیزی است که آن را "انرژی تاریک" می نامد که بیانگر یک "قدرت دافعه خلا" منفی و عجیب و غریب است. بر اساس نظریه های دو متری گرانش (با نظریه های بزرگ بینی که شامل گراویتون های عظیم است اشتباه گرفته نشود) ، انرژی تاریک به دلیل تراکم کلی انرژی منفی بخش منفی منقبض شده ، ساخته شده از ضد ماده کیهانی در t <0 ، به سادگی فشار دافعه است.
تراکم انرژی تاریک بسیار کم است: $ 6.91 × 10^{−27} kg/m^3$
و به طور یکنواخت در کل فضا نفوذ می کند (بنابراین با حضور 68٪ بر جهان تسلط دارد). در مورد ادعای فضای خالی شما ، این درست نیست. به دلیل اصل عدم اطمینان در عمل ، شما نمی توانید انرژی را دقیقاً برای یک بازه زمانی دقیق اندازه گیری کنید.
ذرات جرم منفی ممکن است رقیق شوند ، بنابراین هیچ ثابت کیهان شناختی ، مگر اینکه آنها محصولی از یک ستاره فشرده جمع و جور ، یک ستاره عجیب یا یک ستاره کوتوله سیاه در حال پوسیدگی باشند: دائماً ذرات ناشناخته را بیرون می کشند ... که ممکن است از آینده به ما ضربه بزنند (از پوسیدگی کوتوله های سیاه آینده که ذره ای عجیب و غریب مانند تاکیون ، نوترینو یا تشعشعات هاوکینگ را با چنان جرم کم که سریعتر از نور است ، عبور می دهد و به عقب و یا در طول زمان و مکان حرکت می کند).
ستارگان عجیب و غریب جمع و جور می توانند یک منبع ثابت از سیاهچاله های کوتاه مدت ایجاد کنند تا ماده تاریک را نیز جبران کند. معضل ما این است که ما درباره ذرات اطلاعات زیادی نداریم. آنچه ممکن است ذرات وجود داشته باشد تفاوت بین یک لرز بزرگ و یک گزاف گزاف است. منظور من این است که اگر فیزیک ذرات باعث وقوع یک قسمت کیهان شناسی شود ، تأثیرات ثابت کیهانشناسی بر روی فیزیکی که ما می توانیم تغییر کنیم
آیا انرژی تاریک می تواند ذراتی با جرم منفی باشد؟
آنچه در کیهان شناسی به دنبال آن هستیم یک اصطلاح جاذبه و یک اصطلاح دافعه است. اگر جرم منفی وجود داشته باشد ، می توانیم آن را بدست آوریم.
در صورت همزیستی جرم منفی و جرم مثبت ، انرژی پتانسیل گرانشی از سه مورد زیر تشکیل شده است.
$\begin{equation}
U_T = \sum\limits_{i < j}^{} {( -
\frac{{Gm_{ + i} m_{ + j} }}{{r_{ + + ij} }}) + \sum\limits_{i < j}^{} {( - \frac{{Gm_{ - i} m_{
- j} }}{{r_{ - - ij} }})} + \sum\limits_{i,j}^{} {( + \frac{{Gm_{ - i} m_{ + j} }}{{r_{
- + ij} }})} }
\end{equation} $
ثابت کیهانی موجود را می توان با افزودن پتانسیل بدست آورد $ {U_\Lambda }=-\frac{1}{6}\Lambda m{c^2}{r^2}$به معادله صرفه جویی انرژی مکانیکی. بدست خواهیم آورد$- \frac{1}{3}\Lambda {c^2} $ در این زمان ، بیایید اصطلاح جدید انرژی پتانسیل جاذبه فوق را وارد آن کنیم.
اگ U ++ ، U−− ، U− + دارای نسبت (4.9:: 26.8:: 68.3)) بین یکدیگر است ، شاید ، ما تخمین بزنیم که این نسبت چگالی انرژی مانند 4.9٪: 26.8٪: 68.3٪ وجود داشته باشد.
این مدل می تواند ترکیب انرژی (ماده: ماده تاریک: انرژی تاریک) نسبت جهان و مسئله CCC (تصادف ثابت کیهان شناسی) را ثابت کند.
تقریباً محاسبه:
میانگین WMAP و Planck - ماده: ماده تاریک: انرژی تاریک = 4.75٪: 25.05٪: 70.20٪ میانگین مدل ایجاد جفت - ماده: ماده تاریک: انرژی تاریک = 4.75٪: 25.00٪: 70.25٪
حتی اگر منشا انرژی تاریک ذرات با جرم منفی باشد ، این پدیده که انرژی تاریک با انبساط جهان افزایش می یابد ، ؟