1998 metais buvo atrasta, kad Visata plečiasi su pagreičiu. Dabar plačiai priimtas šio reiškinio aiškinimas remiasi vis dar nestebėtos tamsiosios energijos egzistavimu. Žinoma, yra pasiūlyta ir kitų aiškinimų. Viena iš alternatyvių idėjų kalba apie tam tikros rūšies masyvius objektus stumiančios jėgos, gravitacinės jėgos, egzistavimą.
Ši antigravitacinė jėga ir plečia Visatą. Pagal naujausius atliktus teorinius tyrimus matyti, kad bendroji reliatyvumo teorija numato stumiamąją gravitacinę sąveiką tarp medžiagos ir antimedžiagos. Ir tai gali paaiškinti Visatos plėtimąsi be tamsiosios energijos.
Nors antimedžiaga buvo atrasta 1932 metais, mokslininkai iki šiol stengiasi suprasti ar jos gravitacinis elgesys yra stumiamojo ar traukiamojo, kaip įprastų dalelių atveju, pobūdžio. Nors antimedžiagos dalelės turi priešingus elektros krūvius lyginant su atitinkamomis medžiagos dalelėmis, tačiau antimedžiagos ir medžiagos masės yra visiškai vienodos. Svarbiausia, kad masės yra visada teigiamos. Dėl šios priežasties daugelis fizikų mano, kad antimedžiagos gravitacinis elgesys turi būti traukiamasis, kaip ir įprastos medžiagos. Tačiau klausimas, ar gravitacinė sąveika tarp medžiagos ir antimedžiagos yra traukiamojo ar stumiamojo pobūdžio, iki šiol nėra atsakytas.
Savo tyrime Masimas Vilata (Massimo Villata) iš Turino observatorijos (Osservatorio Astronomico di Torino), esančios Pino Torinese, Italijoje, parodė, kad atsakymas gali būti rastas bendrojoje reliatyvumo teorijoje. Vilata aiškina, kad bendroji reliatyvumo teorija numato, jog medžiaga ir antimedžiaga atskirai sąveikauja gravitacine trauka, bet tarpusavyje sąveikauja stumdamos viena kitą. Naujieji rezultatai skiriasi nuo ankstesnių antigravitacijos aiškinimų, kai keliama hipotezė, kad antimedžiaga gravitacinėje sąveikoje pasižymi stūma. Vilatos nagrinėjama idėja nereikalauja daryti jokių pakeitimų visuotinai priimtose teorijose. Mokslininko darbas yra atspausdintas „Europhysics Letters“ žurnale.
„Mano darbo reikšmė yra dvejopa, – pažymėjo Vilata. – Iš vienos pusės, bendrai fizikiniu požiūriu, parodyta, kad viena iš eretiškų idėjų, nagrinėjamų keletą paskutiniųjų dešimtmečių, tai yra antigravitacijos idėja, gali būti pagrįsta dviejų gerai įsitvirtinusių paskutinio šimtmečio teorijų. Antimedžiaga gaunama nagrinėjant medžiagos apgręžiamumą erdvėlaikyje, kaip to reikalauja CPT (trumpinys nuo charge, parity, time – krūvis, lyginumas, laikas) simetrija. Iš kitos pusės, kosmologinis šio darbo aspektas antigravitaciją parodo kaip alternatyvą miglotai tamsiosios energijos idėjai aiškinant Visatos plėtimąsi“.
Iš pirmo žvilgsnio stumiamosios gravitacinės sąveikos tarp medžiagos ir antimedžiagos idėja prieštarauja intuicijai, kadangi masė suprantama kaip vienintelė dedamoji, lemianti objekto gravitacinį elgesį. Tačiau Vilata aiškina, kad ne tik masė yra įtraukta į gravitacinę sąveiką. Šiuo atveju dar reikia atsižvelgti į laiką ir lyginumą.
Darbas remiasi idėja, kad visi fizikiniai dėsniai pasižymi CPT simetrija. CPT simetrija reiškia, kad transformuojant fizikinę medžiagos sistemą į ekvivalentinę antimedžiagos sistemą (arba atvirkščiai), kai sistemos aprašomos tais pačiais fizikiniais dėsniais, ne tik dalelės turi būti pakeistos atitinkamomis antidalelėmis (C operacija), bet reikia atlikti ir papildomą PT transformaciją.
Iš tokios perspektyvos žiūrint, antimedžiaga gali būti nagrinėjama kaip įprasta medžiaga, su kuria atlikta CPT transformacija, tai yra krūvis, lyginumas ir laikas yra pakeisti į priešingas vertes. Nors krūvio dedamoji ir neveikia gravitacijos, tačiau lyginumas ir laikas įtakoja gravitaciją, nes keičia jos sąveikos ženklą. Todėl, nors antimedžiaga ir turi teigiamą masę, ji gali būti nagrinėjama kaip turinti neigiamą gravitacinę masę, kadangi gravitacinis „krūvis“ bendrosios reliatyvumo teorijos judėjimo lygtyse nėra tik masė, bet turi ir daugiklį, kuris yra jautrus PT transformacijai, tai yra jos metu keičia ženklą.
Vilata paaiškino, kad CPT simetrija reiškia, kad antimedžiaga, iš principo, egzistuoja atvirkštiniame erdvėlaikyje (P operacija apverčia erdvę, o T operacija – laiką). Jis pasiūlė tokią analogiją – jei anti-obuolys krenta ant anti-Niutono, sėdinčio ant anti-Žemės, galvos, tai jis krenta lygiai taip pat, kaip ir visi įprasti objektai, sudaryti iš normalios medžiagos. Bet jei anti-obuolys krenta ant normalios Žemės, arba obuolys krenta ant anti-Žemės, tai gaunamas visiškai priešingas rezultatas. Visais šiais atvejais judėjimo lygtyse atsiranda minuso ženklas, kuris apverčia gravitacinę sąveiką tarp anti-obuolio ir Žemės arba obuolio ir anti-Žemės, todėl sąveikos jėga pasikeičia iš traukos į stūmą.
Jei šie teoriniai samprotavimai apie antigravitacinę sąveiką tarp medžiagos ir antimedžiagos yra teisingi, tai jie gali turėti labai reikšmingų pasekmių. Kai medžiaga susiduria su antimedžiaga, vyksta anihiliacija, kurios metu išspinduliuojami fotonai. Bet jei medžiaga ir antimedžiaga viena kitą stumia, tai tokios medžiagos formos stengiasi izoliuotis viena nuo kitos ir tada neįmanoma anihiliacija. Stūmos jėga tarp medžiagos ir antimedžiagos gali paaiškinti, kodėl Visata plečiasi su pagreičiu. Ir tada šio reiškinio aiškinimui yra nebereikalinga tamsioji energija ir, tikriausiai, nebereikia ir tamsiosios medžiagos.
Vilata mano, kad antimedžiaga gali egzistuoti Visatoje didelės apimties erdvės tuštumose, kurios buvo stebėtos galaktikų spiečių ir superspiečių išsibarstymuose. Ankstesni tyrimai nustatė, kad šios tuštumos galėjo atsirasti dėl mažyčių neigiamų pirmapradžio lauko tankio fluktuacijų. Šios fluktuacijos stumia jas supančią medžiagą, lyg turėtų neigiamą gravitacinę masę. Dešimčių megaparsekų (apie šimto milijonų šviesmečių) diametro tuštumos yra didžiausios Visatos struktūros.
Pagrindinė problema yra, kad mokslininkai iki šiol nėra stebėję antimedžiagos Visatos tuštumose. Vilata planuoja nagrinėti, kodėl antimedžiaga nėra matoma šiose didžiulėse struktūrose.
Antigravitacinės jėgos tarp medžiagos ir antimedžiagos egzistavimas gali būti patvirtintas ir numatomuose CERN bandymuose. Eksperimentų metu bus nagrinėjama, kaip Žemės gravitacija veikia vandenilio ir antivandenilio atomus. Tai leis mokslininkams geriau suprasti antimedžiagos gravitacines savybes.
„Antigravitacija buvo diskusinis klausimas ir vis dar toks liks, kol nebus gautas eksperimentinis šio reiškinio patvirtinimas, – pasakė Vilata. – Tikiuosi, kad mano darbas tuo pačiu pasitarnaus šalinant išankstinius nusistatymus, susijusius su gravitacija“.
