Šta je gravitacija bez mase? I Njutnovi revolucionarni zakoni koji opisuju njegov univerzalni efekat i Ajnštajnov predlog prostor-vremena sa rupicama, smatrali smo gravitaciju isključivo unutar domena materije.
Sada je divlja nova studija koja sugeriše da gravitacija može postojati bez mase, što praktično eliminiše potrebu za jednom od najneuhvatljivijih supstanci u našem univerzumu: tamnom materijom.
Tamna materija je hipotetička, nevidljiva masa za koju se smatra da čini 85 procenata ukupne mase Univerzuma. Prvobitno osmišljen da uzme u obzir da se galaksije drže zajedno pri velikoj brzini rotacije, tek treba da se direktno posmatra, što je navelo fizičare da predlažu sve vrste spoljašnjih ideja kako bi izbegli prizivanje ovog neuhvatljivog materijala kao načina da se zapuše rupe u trenutnim teorijama.
Najnovija ponuda u tom smislu dolazi od astrofizičara Ričarda Lieua sa Univerziteta Alabama u Hantsvilu, koji je sugerisao da umesto da tamna materija povezuje galaksije i druga tela zajedno, Univerzum može sadržati tanke slojeve ‘topoloških defekata’ nalik na školjke koji stvaraju gravitaciju bez ikakve osnovne mase.
Lieu je počeo pokušavajući da pronađe drugo rešenje za jednačine Ajnštajnovog polja, koje povezuju zakrivljenost prostor-vremena sa prisustvom materije u njemu.
Kao što je Ajnštajn opisao u svojoj općoj teoriji relativnosti iz 1915. godine, prostor-vreme se okreće oko snopova materije i tokova zračenja u Univerzumu, u zavisnosti od njihove energije i momenta. Ta energija je, naravno, povezana sa masom u poznatoj Ajnštajnovoj jednačini: E=mc 2 .
Dakle, masa objekta je povezana sa njegovom energijom, koja savija prostor-vreme – a ova zakrivljenost prostor-vremena je ono što je Ajnštajn opisao kao gravitaciju, korak sofisticiraniji od Njutnove aproksimacije gravitacije kao sile između dva objekta sa masom iz 17. . Drugim rečima, čini se da je gravitacija neraskidivo povezana sa masom.
Nije tako, smatra Lieu.
U svom radu, Lieu je pristupio rešavanju pojednostavljene verzije jednačina Ajnštajnovog polja koja dozvoljava konačnu silu gravitacije u odsustvu bilo kakve mase koja se može detektovati. On kaže da su njegovi napori „podstaknuti mojom frustracijom status kvo, odnosno predstavom o postojanju tamne materije uprkos nepostojanju bilo kakvih direktnih dokaza tokom čitavog veka“.
Lieuovo rešenje se sastoji od topoloških defekata u obliku školjke koji se mogu pojaviti u veoma kompaktnim delovima prostora sa veoma velikom gustinom materije.
Ovi setovi koncentričnih školjki sadrže tanak sloj pozitivne mase uvučen unutar spoljašnjeg sloja negativne mase. Dve mase se međusobno poništavaju, tako da je ukupna masa dva sloja tačno nula. Ali kada zvezda leži na ovoj ljusci, ona doživljava veliku gravitacionu silu koja je vuče ka centru školjke.
„Tvrdnja mog rada je da su barem školjke koje on postavlja bez mase“, kaže Lieu. Ako ti sporni predlozi imaju bilo kakvu težinu, „onda nema potrebe da se nastavlja ova naizgled beskrajna potraga za tamnom materijom“, dodaje Lieu.
Sledeće pitanje je, dakle, kako eventualno potvrditi ili opovrgnuti granate koje je Lieu predložio kroz zapažanja.
„Sve veća učestalost viđanja galaksija u obliku prstena i školjki u Univerzumu daje dokaze o vrsti izvora koji se ovde predlaže“, piše Lieu u svom radu. Iako priznaje da je njegovo predloženo rešenje „veoma sugestivno” i da ne može sam da diskredituje hipotezu o tamnoj materiji.“
„To bi u najboljem slučaju mogla biti zanimljiva matematička vežba“, zaključuje Lieu. „Ali to je prvi [matematički] dokaz da gravitacija može postojati bez mase.“
