مطالعه جدید نشان می دهد که گرانش می تواند بدون جرم وجود داشته باشد.

گرانش بدون جرم چیست؟ هم قوانین انقلابی نیوتن که تأثیر جهانی آن را توصیف می کند و هم پیشنهاد انیشتین در مورد فرورفتگی فضازمان، ما گرانش را منحصراً در قلمرو ماده تصور کرده ایم.

یک مطالعه جدید نشان می دهد که گرانش می تواند بدون جرم وجود داشته باشد، و به راحتی نیاز به یکی از گریزان ترین مواد در جهان ما را از بین می برد: ماده تاریک.

ماده تاریک جرمی فرضی و نامرئی است که تصور می شود ۸۵٪ از کل کیهان را تشکیل می دهد. که در ابتدا برای توضیح کهکشان‌هایی که تحت چرخش با سرعت بالا کنار هم قرار می‌گیرند، ابداع شد، هنوز مستقیماً مشاهده نشده است، و فیزیکدانان را وادار کرد تا انواع ایده‌های بیرونی را برای اجتناب از فراخوانی این ماده گریزان به عنوان راهی برای بستن سوراخ‌ها در نظریه‌های کنونی پیشنهاد کنند.

آخرین پیشنهادی که در این زمینه توسط اخترفیزیکدان ریچارد لیو در دانشگاه آلاباما در هانتسویل ارائه شده است، که پیشنهاد کرده به جای ماده تاریک که کهکشان ها و اجسام دیگر را به هم متصل کند، ممکن است کیهان دارای لایه های نازک و پوسته مانندی از "نقایص توپولوژیکی" باشد. گرانش را بدون هیچ جرمی ایجاد می کند.

لیو شروع به تلاش برای یافتن راه حل دیگری برای معادلات میدان انیشتین کرد که انحنای فضا-زمان را به حضور ماده در آن مرتبط می کند.

همانطور که انیشتین در نظریه نسبیت عام خود در سال ۱۹۱۵ توضیح داد، فضا-زمان بسته به انرژی و تکانه آنها در اطراف دسته‌هایی از ماده و جریان‌های تابش در کیهان پیچ می‌خورد. البته این انرژی در معادله معروف اینشتین با جرم مرتبط است: E=mc2.

بنابراین جرم یک جسم به انرژی آن مرتبط است، که فضا-زمان را خم می کند - و این انحنای فضا-زمان همان چیزی است که انیشتین آن را گرانش توصیف کرد، یک درجه پیچیده تر از تقریب قرن هفدهم نیوتن از گرانش به عنوان نیرویی بین دو جسم با جرم. به عبارت دیگر، گرانش به طور جدایی ناپذیری با جرم مرتبط است.

به نظر لیو، اینطور نیست.
لیو در کارهای خود شروع به حل یک نسخه ساده شده از معادلات میدان انیشتین کرد که امکان نیروی گرانش محدود را در غیاب جرم قابل تشخیص فراهم می کند. او می‌گوید که تلاش‌هایش «به‌دلیل ناامیدی من از وضعیت موجود، یعنی تصور وجود ماده تاریک، علی‌رغم فقدان شواهد مستقیم برای یک قرن تمام، انجام شد».

راه حل لیو شامل نقص‌های توپولوژیکی پوسته‌شکل است که ممکن است در مناطق بسیار فشرده فضا با چگالی بسیار زیاد ماده رخ دهد.

این مجموعه از پوسته های متحدالمرکز حاوی یک لایه نازک از جرم مثبت است که در داخل یک لایه بیرونی جرم منفی قرار گرفته است. این دو جرم یکدیگر را خنثی می کنند، بنابراین مجموع جرم دو لایه دقیقاً صفر است. اما وقتی ستاره ای روی این پوسته می خوابد، نیروی گرانشی زیادی را تجربه می کند که آن را به سمت مرکز پوسته می کشد.

لیو می‌گوید:

«پوسته‌هایی که تولید می‌کند بدون جرم هستند. لیو می افزاید: اگر اینها وزن داشته باشند، «پس نیازی به تداوم این جستجوی به ظاهر بی پایان برای ماده تاریک نیست».
سؤال بعدی این است که چگونه می توان پوسته هایی را که لیو از طریق مشاهدات اشاره کرده است، تأیید یا رد کرد.

لیو در مقاله خود می نویسد: "تکرار فزاینده مشاهده شکل گیری حلقه ها و صدف مانند کهکشان ها در کیهان،شواهدی را ارائه می دهد." اگرچه او اعتراف می کند که راه حل پیشنهادی او «بسیار پیشنهادی» است و نمی تواند به تنهایی فرضیه ماده تاریک را بی اعتبار کند.

لیو نتیجه می گیرد: این در بهترین حالت می تواند یک تمرین ریاضی جالب باشد. اما این اولین اثبات ریاضی است که گرانش می تواند بدون جرم وجود داشته باشد.

ترجمه: یاس

Wild New Study Suggests Gravity Can Exist Without Mass : ScienceAlert

«Channel of Science is for all»