Forskare vid University of Oxford kan ha löst en av de största frågorna inom modern fysik, med ett nytt papper som förenar mörk materia och mörk energi till ett enda fenomen:en vätska som har "negativ massa." Om du skulle pressa en negativ massa, det skulle accelerera mot dig. Denna häpnadsväckande nya teori kan också visa sig vara rätt en förutsägelse som Einstein gjorde för 100 år sedan.

Vår nuvarande, allmänt erkänd modell av universum, kallas LambdaCDM, säger oss ingenting om hur mörk materia och mörk energi är fysiskt. Vi känner bara till dem på grund av gravitationseffekterna de har på andra, observerbar materia.

Denna nya modell, publiceras idag i Astronomi och astrofysik , av Dr. Jamie Farnes från Oxford e-Research Centre, Institutionen för ingenjörsvetenskap, ger en ny förklaring. Dr. Farnes säger:"Vi tror nu att både mörk materia och mörk energi kan förenas till en vätska som har en typ av 'negativ gravitation, " stöter bort allt annat material runt dem. Även om denna fråga är speciell för oss, det antyder att vårt kosmos är symmetriskt i både positiva och negativa egenskaper."

Förekomsten av negativ materia hade tidigare uteslutits eftersom man trodde att detta material skulle bli mindre tätt när universum expanderar, vilket går tvärtemot våra observationer som visar att mörk energi inte tunnar ut över tiden. Dock, Dr. Farnes forskning tillämpar en "skapande tensor, " som tillåter att negativa massor kontinuerligt skapas. Det visar att när fler och fler negativa massor ständigt uppstår, denna negativa massavätska späds inte ut under utvidgningen av kosmos. Faktiskt, vätskan verkar vara identisk med mörk energi.

Dr. Farnes teori ger också de första korrekta förutsägelserna om beteendet hos mörk materia halos. De flesta galaxer roterar så snabbt att de borde slita sönder sig själva, vilket antyder att en osynlig "gloria" av mörk materia måste hålla dem samman. Den nya forskningen som publiceras idag innehåller en datorsimulering av egenskaperna hos negativ massa, som förutsäger bildandet av mörk materia-glorier precis som de som framgår av observationer med moderna radioteleskop.

Albert Einstein gav den första antydan om det mörka universum för exakt 100 år sedan, när han upptäckte en parameter i sina ekvationer som kallas den 'kosmologiska konstanten, " som vi nu vet är synonymt med mörk energi. Einstein kallade den kosmologiska konstanten sin 'största misstag, " även om moderna astrofysiska observationer bevisar att det är ett verkligt fenomen. I anteckningar som går tillbaka till 1918, Einstein beskrev sin kosmologiska konstant, skriver att "en modifiering av teorin krävs så att det "tomma rymden" tar rollen som graviterande negativa massor som är fördelade över hela det interstellära rymden." Det är därför möjligt att Einstein själv förutspådde ett negativt-massfyllt universum.

Dr Farnes säger:"Tidigare tillvägagångssätt för att kombinera mörk energi och mörk materia har försökt att modifiera Einsteins allmänna relativitetsteori, vilket har visat sig vara otroligt utmanande. Detta nya tillvägagångssätt tar två gamla idéer som är kända för att vara kompatibla med Einsteins teori – negativa massor och materiaskapande – och kombinerar dem.

"Resultatet verkar ganska vackert:mörk energi och mörk materia kan förenas till en enda substans, där båda effekterna enkelt kan förklaras som att positiv massa materia surfar på ett hav av negativa massor."

Bevis på Dr. Farnes teori kommer från tester utförda med ett banbrytande radioteleskop känt som Square Kilometer Array (SKA), en internationell strävan att bygga världens största teleskop där University of Oxford samarbetar.

Dr. Farnes tillägger:"Det finns fortfarande många teoretiska frågor och beräkningssimuleringar att arbeta igenom, och LambdaCDM har ett försprång på nästan 30 år, men jag ser fram emot att se om denna nya utökade version av LambdaCDM exakt kan matcha andra observationsbevis för vår kosmologi. Om det är verkligt, det skulle tyda på att de saknade 95% av kosmos hade en estetisk lösning:vi hade glömt att inkludera ett enkelt minustecken."