Masa negativă: o posibilitate teoretică cu efecte observabile
În universul cunoscut, toată masa este pozitivă, iar corpurile se atrag reciproc prin gravitație. Totuși, fizica teoretică explorează de decenii posibilitatea existenței masei negative. O lucrare recentă publicată în Physics of the Dark Universe de Shin’ichi Nojiri, din Japonia, și S.D. Odintsov, din Spania, analizează obiectele cu masă negativă și concluzionează că ideea nu este atât de exotică pe cât s-ar putea crede.
În teoria gravitației a lui Newton, masa negativă ar apărea în aceeași ecuație, cu constanta gravitațională G înlocuită de -G. Teoria generală a relativității a lui Einstein este însă mai restrictivă și nu pare să permită antigravitația în mod consecvent.
Originea masei și analogia bulei
Masa unei particule provine din interacțiunea cu câmpul Higgs, iar cea mai mare parte a masei unui proton este energie de legătură între constituenții săi. Protonii, de 1.836 de ori mai masivi decât electronii, sunt compuși din trei quarkuri și gluoni. Masele quarkurilor reprezintă doar circa 9% din masa protonului, restul provenind din energia câmpului gluonic.
Cercetătorii notează că o bulă de aer în apă se comportă efectiv ca o masă negativă, deoarece apa din jurul bulei se deplasează în jos din cauza gravitației. Pornind de la această analogie, ei analizează un scenariu cu o masă punctuală pozitivă, precum o stea compactă, într-un fluid cu presiune negativă, similar energiei întunecate cu o constantă cosmologică negativă. În realitate, constanta cosmologică este pozitivă, dar extrem de mică.
Modele cosmologice și gravitația modificată
Folosind versiuni simplificate ale ecuațiilor lui Einstein, autorii identifică situații în care pot apărea obiecte cu masă negativă atunci când constanta cosmologică este negativă. Într-un alt model, în care presiunea fluidului este proporțională cu densitatea de energie, obiectele cu masă negativă pot apărea pentru valori ale constantei de proporționalitate mai mici de -2/3.
O altă abordare examinează gravitația modificată, cu două câmpuri scalare suplimentare adăugate teoriei lui Einstein. Astfel de câmpuri ar putea explica inflația cosmică timpurie, materia întunecată, energia întunecată sau structuri noi de stele neutronice și găuri negre. În anumite condiții, aceste modele generează obiecte cu masă negativă. Spațiul-timp rezultat acționează ca o lentilă gravitațională convexă, iar lumina se deplasează hiperbolic în jurul obiectului, spre deosebire de curbarea obișnuită spre obiectul masiv.
Densitate extremă și semnături observabile
Observarea directă a obiectelor cu masă negativă este dificilă. Într-unul dintre calcule, densitatea unei regiuni cu masă negativă trebuie să depășească aproximativ 10^18 kg/m³, de circa 200 de trilioane de ori densitatea medie a Pământului. Totuși, ar putea fi observabil un obiect cu masă negativă care se deplasează spre un obiect cu masă pozitivă și îi ecranează gravitația, sau un sistem legat format dintr-un obiect pozitiv și unul negativ. Autorii menționează că un astfel de sistem ar putea fi detectat datorită efectului de lentilă neobișnuit.
De asemenea, jetul unei găuri negre ar putea fi modificat de obiecte cu masă negativă, la fel ca și coliziunile dintre stele neutronice și găuri negre, unde masa negativă ar altera rezultatele relativiste generale confirmate până acum.
