Antigravitacijos egzistavimas galėtų paaiškinti Visatos plėtimąsi

Bendroji reliatyvumo teorija numato gravitacinio pobūdžio sąveiką tarp materijos ir antimaterijos. Remiantis matematiniu šios koncepcijos pagrindimu, materija ir antimaterija viena kitą turėtų stumti. Tai potencialiai galėtų paaiškinti regimosios Visatos plėtimąsi, neįvedant tokių „nežinomųjų“ kaip tamsioji energija.

Nuo pat tada, kai 1932 metais buvo atrastos pirmosios antimaterijos dalelės, mokslininkai siekė ištirti, koks yra gravitacinis antimedžiagos poveikis – ar ji traukia, kaip ir normali materija, ar veikia priešingai. Nors antimaterijos dalelės pasižymi priešingu elektriniu krūviu nei jų įprastinės materijos analogai, jų masės yra visiškai vienodos ir visada teigiamos. Todėl dauguma fizikų mano, jog gravitacinis antimaterijos poveikis taip pat turėtų būti teigiamas, t. y. ji turėtų prie savęs traukti, kaip ir įprastinė materija. Tačiau aiškaus atsakymo iki šiol dar niekas nepateikė.

Naujame Turino observatorijos (Pino Torinese, Italija) mokslininko Massimo Villata atliktame tyrime pavyko pademonstruoti, jog atsakymą į šį klausimą galima rasti remiantis bendrąja reliatyvumo teorija. Autoriaus aiškinimu, dabartinė bendrosios reliatyvumo teorijos formuluotė prognozuoja, jog materija ir antimaterija pasižymi traukos jėga, tačiau viena kitą jos stumtų. Įdomu tai, jog Villata idėja nereikalauja pakeisti anksčiau įvestų teorijų. Mokslininko atlikta studija publikuota moksliniame žurnale Europhysics Letters.

„Šios studijos reikšmingumas iš tiesų yra dvejopas. Iš fizikinės pusės, ji parodė, jog keletą dešimtmečių diskutuota viena eretiškiausių koncepcijų – antigravitacija – gali būti paaiškinta, apjungus dvi geriausiai išplėtotas pastarojo šimtmečio teorijas. Taip sudaromas bendrosios reliatyvumo teorijos išplėtimas, pagal kurią antimaterija yra atvirkštinė materijai erdvėlaikio atžvilgiu, o tai atitinka CPT simetrijos teorijos reikalavimus. Iš kitos pusės, atradimas yra reikšmingas kosmologiniu požiūriu, kadangi antigravitacija siūloma kaip alternatyva „miglotai“ tamsiosios energijos koncepcijai, aiškinant greitėjantį Visatos plėtimąsi“, teigia Villata.

Stumiančioji gravitacija

Iš pirmo žvilgsnio, idėja, jog materija ir antimaterija viena kitą stumia, tarytum prieštarauja intuicijai. Dažniausiai laikoma, jog masė yra vienintelis objekto gravitacinę elgseną lemiantis komponentas. Tačiau Villata aiškina, jog gravitaciją lemia daugiau veiksnių.

Mokslininko idėja remiasi samprata, jog visi fizikos dėsniai pasižymi vadinamąja CPT simetrija. Sutrumpinimas CPT kilęs nuo angliškų žodžių „charge“, „parity“ ir „time“, kurie išvertus reiškia „krūvis“, „paritetas“ ir „laikas“. CPT simetrijos teorija teigia, jog, norint transformuoti fizikinę materijos sistemą į jai ekvivalenčią antimaterijos sistemą (arba atvirkščiai), kuriai galiotų tie patys fizikiniai dėsniai, nepakanka vien tik pakeisti daleles jų antimedžiagos analogais. Pagal bendrąją reliatyvumo teoriją, reikalinga papildoma pariteto ir laiko (P ir T) transformacija. Nors krūvio (C) komponentas gravitacijos poveikio nekeičia, gravitacijos kryptį pakeičia kitos dvi dedamosios. Taigi, nors antimaterija turi teigiamą masę, jos gravitacijos vektoriaus kryptis yra priešinga. „Iš esmės antimaterija egzistuoja invertuotame (arba atvirkštiniame) erdvėlaikyje“, – teigia Villata.

Stebėjimai ir eksperimentai

Teorinė antigravitacinio pobūdžio sąveikos tarp materijos ir antimaterijos prognozė galėtų turėti reikšmingų pasekmių. Žinoma, jei tik ši prielaida pasitvirtins. Jei materija ir antimaterija susiliečia, jų dalelės anihiliuoja ir šios reakcijos metu sugeneruojami fotonai. Tačiau jei materija ir antimaterija viena kitą stumia, tai reikštų, jog jos viena nuo kitos atsiskiria ir tokios anihiliacijos reakcijos mums įprastomis sąlygomis nevyksta. Ši atstūmimo jėga galėtų paaiškinti, kodėl Visata plečiasi didėjančių greičiu, tuo pat metu atsisakant tamsiosios energijos ar netgi tamsiosios materijos koncepcijos.

Villata nuomone, antimaterija galėtų egzistuoti didelio masto „tuščiose“ mums matomos Visatos vietose, tarp stambių galaktikų spiečių ir superspiečių. Vienintelė problema yra tai, jog tyrinėtojams šiose erdvės srityse antimaterijos kol kas dar nėra pavykę aptikti. Villata artimiausioje ateityje planuoja tyrinėti galimą antimaterijos „nematomumo“ reiškinį. Tuo tarpu praktiškai antigravitacijos tarp materijos ir antimaterijos egzistavimą turėtų nušviesti numatomas CERN eksperimentas AEGIS. Jo metu bus analizuojama, kaip Žemės gravitacija veikia vandenilio ir antivandenilio atomus. „Antigravitacijos koncepcija visais laikais buvo prieštaringa, ir, panašu, jog taip bus tol, kol atsiras eksperimentiniu arba stebėjimo keliu gautų įrodymų. Tačiau aš tikiuosi, jog mano darbas galės išsklaidyti nors kai kuriuos išankstinius nusistatymus antigravitacijos atžvilgiu“, sako Villata.