Тъмната материя може по най-неочакван начин да взаимодейства с Вселената

Според принципа за локалност на класическата физика един обект се влияе само от непосредственото си обкръжение, но не и от това, което е далеч от него. Но квантовата механика разкри нелокални явления, като например квантовото заплитане, при което свойствата на една частица могат да се прехвърлят мигновено върху друга, независимо от разстоянието, което ги разделя. В ново изследване екип от учени предполага, че тъмната материя може да взаимодейства с гравитацията по този нелокален начин.

Според най-авторитетната теория в областта на космологията тъмната материя съставлява до 85% от материята във Вселената. Тя не взаимодейства с барионната материя (нормалната материя) по никакъв друг начин, освен гравитационно, но е отговорна за формирането на космическите структури от галактиките до галактическите купове, както и за кривите на въртене на галактиките. Съществуването на тъмна материя е необходимо за общата теория на относителността, която многократно бе потвърдена от многобройни най-различни наблюдения и експерименти. Нейната природа обаче остава загадка за учените, отбелязва изданието Universe Today.

Физици от Италия предлагат нов модел за нелокалното взаимодействие между тъмната материя в галактиките и гравитацията. Учените го определят по следния начин: в най-вътрешните части на малките галактики тъмната материя се държи като нелокален обект, който взаимодейства с цялата останала маса във Вселената. Това противоречи на преобладаващото мнение за тъмната материя като „студена“, т.е. състояща се от слабо взаимодействащи масивни частици (WIMPS), които се движат сравнително бавно и взаимодействат с барионната материя слабо и локално.

„Въпреки че прогнозите на най-разпространения модел на тъмната материя (т.нар. CDM) се потвърждават добре от експерименталните данни в космологичен мащаб, той среща трудности във вътрешността на галактиките, особено в центъра на най-малките от тях“, казва Франческо Бенети, един от авторите на хипотезата. – Нашият модел може да реши тези трудности, като предложи нелокално взаимодействие между тъмната материя вътре в галактиките“.

За моделиране на хипотезата за нелокалност учените прилагат дробното изчисление – раздел от математическия анализ, създаден през XVII век. Досега този метод не е използван в астрофизиката. При описанието на тъмната материя в затворени системи (като малки галактики) нелокалността възниква като следствие от взаимодействието на частиците. Бенети и колегите му са приложили своята хипотеза към кривите на въртене на хиляди различни галактики – от галактики джуджета до големи спирални галактики.

Резултатите показват, че хипотезата предсказва скоростта на въртене на галактиките – особено на малките галактики – по-добре от CDM в Нютоновата гравитация.

По-специално, хипотезата подсказва възможността за решаването на един от най-големите проблеми – противоречието на модела на студената тъмна материя с наблюдаваните данни. Новият революционен подход може да има сериозни последици за космологията и да даде пример за квантова система в макроскопичен, галактически мащаб.