Ne per seniausiai fizikų bendruomenėje kelią ėmė skintis idėja, pagal kurią kvantiniame vakuume esantys gravitaciniai krūviai gali atstoti tamsiąją medžiagą.
Ši mintis yra paremta hipoteze, esą dalelės ir antidalelės pasižymi priešingais gravitaciniais krūviais, todėl virtualiosios tokių dalelių ir antidalelių poros kvantiniame vakuume suformuoja gravitacinius dipolius (teigiamo ir neigiamo gravitacinio krūvio sistemas).
Gravitacinių dipolių sąveika su mums įprastine barionine medžiaga lemia reiškinius, kurie dažniausiai priskiriami tamsiajai medžiagai. Nors idėjos autorius – CERN laboratorijos fizikas Draganas Slavkovas Haidukovičius (Dragan Slavkov Hajdukovic) – matematiškai parodė, jog tokie gravitaciniai dipoliai gali paaiškinti galaktikų judėjimo kreives be tamsiosios medžiagos įtakos, jis pažymi, jog dar laukia daugybė darbo.
Naujajame savo darbe mokslininkas žengia dar vieną žingsnį teorijos patikimumo įrodymo link. D. Haidukovičius atskleidžia, kad gravitacinė kvantinio vakuumo poliarizacija gali paaiškinti keturis kosmologinius stebėjimus. Įdomu tai, jog tamsiosios medžiagos modeliai ir modifikuotosios gravitacijos teorijos sugeba susidoroti tik su keliais iš jų. Fizikas savo mintis publikavo žurnale „Astrophysics and Space Science“.
„Šiuolaikinės fizikos pamatą sudaro du kertiniai akmenys: bendroji reliatyvumo teorija ir standartinis dalelių fizikos modelis, – pasakojimą pradeda D. Haidukovičius. – Bendroji reliatyvumo teorija yra geriausia gravitaciją aprašanti teorija. Standartinį modelį sudaro kvantinių laukų teorijų rinkinys; pagal šį modelį, Visatoje viskas yra sudaryta iš šešių kvarkų ir šešių leptonų (ir jų antidalelių), kurie sąveikauja apsikeisdami atitinkamais bozonais (W ir Z silpnosios sąveikos, fotonais elektromagnetinės sąveikos ir aštuoniais gliuonais stipriosios sąveikos atvejais)“.
Mokslininkas teigia, jog šios dvi teorijos nesugeba paaiškinti kai kurių stebėjimų. Vienas iš jų yra susijęs su tuo, jog panašu, kad Visatoje gravitacinis laukas yra kur kas stipresnis nei tai numato bendroji reliatyvumo teorija, kuomet skaičiavimai atliekami įtraukiant egzistuojantį barioninės medžiagos, sudarytos iš standartinio modelio dalelių, kiekį. Kol tūkstančiai fizikų visame pasaulyje bando išsiaiškinti, ar vieną iš šių kertinių teorijų reikia modifikuoti, D. Haidukovičius siūlo alternatyvų kelią.
„Kalbant paprastai, pagal kvantinių laukų teoriją, visa barioninė Visatos medžiaga yra tarsi sumesta į kvantinį vakuumą, kurį sudaro itin trumpai gyvuojančių virtualiųjų dalelių ir antidalelių porų „jūra“ (pavyzdžiui, elektronų ir pozitronų poros, kurios gyvuoja apie 10-22 sekundės, arba neutrinų ir antineutrinų poros, sugebančios išlikti rekordiškai ilgai (kvantinio vakuumo atžvilgiu) – net 10-15 sekundės). Sunku tikėtis, jog kvantinis vakuumas sugeba gravitaciškai nesąveikauti su jo viduje esančia barionine medžiaga. Nepaisant to, astrofizikoje ir kosmologijoje kvantinio vakuumo yra nepaisoma – bet ne todėl, kad mokslininkai nesuvokia jo svarbos, o dėl to, jog niekas net nenutuokia, kokios yra kvantinio vakuumo gravitacinės savybės. Neturėdami į ką atsiremti, mes pradedame nuo to, jog dalelės ir antidalelės pasižymi priešingo ženklo gravitaciniais krūviais. Natūralu manyti, kad tuomet turėtų egzistuoti gravitaciniai dipoliai – virtualiosios poros (panašiai kaip elektrono ir pozitrono pora suformuoja elektrinį dipolį), leidžiančios susidaryti gravitacinei kvantinio vakuumo poliarizacijai. Pradiniai tyrimai atskleidė, jog gravitacinė kvantinio vakuumo poliarizacija gali lemti reiškinius, kurie paprastai siejami su tamsiąja medžiaga“.
Mokslininkas teigia, kad ši idėja dar nevirto išbaigta teorija, ir pažymi, jog ji prieštarauja daugybei fundamentaliųjų žmogaus proto iškeltų prielaidų.
„Aš teigčiau, jog teorija yra dar tik savo kūdikystėje. Tūkstančiai mokslininkų bando sukurti šaltosios tamsiosios medžiagos ir modifikuotosios gravitacijos teorijas; tuo tarpu aš bandau atrasti trečiąjį kelią. Kitų mokslininkų įsitraukimas yra svarbus, bet kol kas abejotinas. Iš vienos pusės, man pavyko gauti kelis rezultatus, kurie neįtikėtinai gerai sutampa su matavimais, tačiau iš kitos – didžiąją dalį fizikų net nupurto mintis apie gravitacinę stūmą, pasireiškiančią tarp medžiagos ir antimedžiagos. Tai nestebina, nes visi žmonės intuityviai nujaučia, jog viskas, kas susiję su gravitacija, reiškia kritimą, tad sunku susidoroti su mintimi, kad antimedžiaga gali „kilti““.
Savo darbe tyrėjas išskiria keturis reiškinius, kurie buvo nustatyti stebint galaktikas. Pažymėtina tai, kad nei šaltosios tamsiosios medžiagos (angl. Cold Dark Matter, CDM) modelis, nei modifikuotoji Niutono dinamikos (angl. Modified Newtonian Dynamics, MOND) teorija nesugeba jų visų paaiškinti: CDM iškyla sunkumą esant mažiems, o MOND – esant dideliems masteliams.
Iš pradžių buvo pastebėta, jog tamsiosios medžiagos vainikai, supantys galaktikas, pasižymi paviršiniu tankiu, kuris praktiškai yra pastovus ir nepriklauso nuo galaktikos šviesio, masės ir dydžio. Nors šis universalios galaktikų savybės atradimas yra stebinantis, D. Haidukovičiaus teorija numato tokias paviršinio tankio vertes, kurios labai gera dera su išmatuotomis (140 Saulės masių, tenkančių kvadratiniam parsekui; parsekas apytikriai lygus 3.26 šviesmečio). Tamsiosios medžiagos vainikų paviršinio tankio universalumą gali paaiškinti MOND teorija, tačiau ne CDM modelis.
Pirmieji tiesioginiai tamsiosios medžiagos pasiskirstymo matavimai, atlikti dviejuose kaimyninėse nykštukinėse Krosnies ir Skulptoriaus galaktikose, atskleidė, jog tamsioji medžiaga yra tolygiai pasiskirsčiusi kelių šimtų parsekų skersmens centrinėje dalyje. Nors šis rezultatas suderinamas su MOND teorija, jis prieštarauja CDM modeliui, pagal kurį, tamsioji medžiaga yra sutelkta galaktikos sferoide.
„Sferoidinių nykštukinių galaktikų atveju matavimai rodo, jog centrinėje galaktikos dalyje egzistuoja kitokios struktūros tamsiosios medžiagos sferoidas, nei jį numato CDM modelis, – teigia mokslininkas. – Tuo tarpu gravitacinės kvantinio vakuumo poliarizacijos skaičiavimai nesutampa CDM modelio rezultatais – tai geras ženklas manajai teorijai“.
Tiek CDM modelis, tiek MOND teorija numato hipotetinio tamsiosios medžiagos disko, juosiančio mūsų Paukščio tako galaktiką, egzistavimą. Jis turėtų būti išsidėstęs ten pat, kur yra matomasis galaktikos diskas – tik yra storesnis. Kuomet tyrėjai pabandė aptikti tokį tamsiosios medžiagos diską, jie nerado jokių jo egzistavimą patvirtinančių įrodymų. D. Haidukovičius džiaugiasi tuo, kad gravitacinės kvantinio vakuumo poliarizacijos įskaitymas nenumato jokio gravitacinio disko.
Kuomet mokslininkai stebėjo dviejų galaktikos spiečių susidūrimą, spiečiams priskiriamos galaktikos dėl didelio tarpusavio atstumo viena pro kitą praėjo nesąveikaudamos. Vis dėlto tarpgalaktiniai plazmos debesys, sudaryti iš barioninės medžiagos, sąveikavo, todėl vienas kitą sulėtino. Taigi, dabar plazmos debesys yra išsidėstę tarp dviejų galaktikos spiečių, kai tuo tarpu spiečiai vienas kito atžvilgiu jau pradeda tolti. Tokio susidūrimo metu tamsioji ir barioninė medžiagos turėjo atsiskirti, nes tamsiajai medžiagai nebūdingi susidūrimai. Nors šis atsiskyrimas yra suderinamas su CDM modeliu, jis prieštarauja MOND teorijai, pagal kurią, tamsioji medžiaga turėtų kauptis ten, kur yra barioninė medžiaga. D. Haidukovičius tvirtina, kad šis atsiskyrimas turėtų derėti su jo teorija, tačiau tam dar reikia atlikti papildomus skaičiavimus.
Nors ši teorija dar tik pradinėje savo stadijoje, kai kurie mokslininkai viliasi, jog ji gali geriau aprašyti Visatos paslaptis. Fizikas teoretikas Masimas Vilata (Massimo Villata) iš Turino observatorijos (Italija) bando suprasti, ar gravitacinė medžiagos ir antimedžiagos stūma gali paaiškinti Visatos plėtimąsi be tamsiosios energijos.
„Aš esu tikras, jog mes susidūrėme su patraukliu tamsiosios medžiagos reiškinio paaiškinimu, ypač dabar, kai gravitacinė medžiagos ir antimedžiagos stūma įgavo teorinį pagrindą ir nebėra tiktai paprasčiausia abejotina prielaida“, – teigia jis.
„Kitaip nei vienoje iš MOND variacijų, vakuumo poliarizacijos pasiskirstymas priklauso nuo medžiagos pasiskirstymo, taigi papildomas greitėjimas masės centro link skirtingų objektų atveju bus skirtingas, – tvirtina astrofizikas Maiklas Dopita (Michael Dopita) iš Australijos universiteto Kanberoje. – Tai idėja, kurią galima patikrinti. Vis dėlto galima padaryti išvadą, kad labiausiai reikėtų tikros kvantinės gravitacijos teorijos“.
Ateityje D. Haidukovičius ketina nagrinėti dar vieną įdomų rezultatų, kurį duoda jo lygtys. Kuomet jis padidino galaktikos tamsiosios medžiagos sferoido spindulį iki stebimosios Visatos dydžio, lygtys numatė, kad dabartinis tamsiosios medžiagos kiekis turėtų siekti apie 1.7 x 1023 Saulės masių. Šis skaičius neblogai dera su kitų teorijų rezultatais. Vis dėlto mokslininko modelis duoda kiek kitokį barioninės ir tamsiosios medžiagos santykį, kuris turėtų siekti 1:5.
„Šiuolaikinė kosmologija yra paremta prielaida, kad barioninės ir tamsiosios medžiagos santykis yra pastovus ir bėgant laikui nekinta. Jeigu mano teorija yra teisinga, šis santykis plečiantis Visatai turėtų mažėti. Kosmologinių lygčių sprendinys turi būti kitoks esant fiksuotam ir kintamam santykiui. Būtent tai pabandysiu panagrinėti tolesniuose savo darbuose“.
