Объяснение природы темной материи⁠⁠

У темной материи есть одно простое и красивое объяснение.

Как известно, в природе есть мнимые числа. Реальным физическим частицам ничто не мешает иметь мнимую массу покоя, но тогда почему мы до сих пор не видим таких частиц? Если масса покоя является мнимой величиной, то знаменатель должен быть мнимым (чтобы избежать комплексного значения энергии): E= m*c^2 \ (sqrt(1-v^2)/(c^2))

Таким образом, величина под квадратным корнем должна быть отрицательной, что может произойти только тогда, когда v больше c. По современным представлениям, из-за нарушения причинности, тахионы, т.е. частицы движущиеся со скоростью больше скорости света, движутся назад во времени относительно наблюдателя и никак не могут взаимодействовать с обычной досветовой материей (барионной). Что касается взаимодействия с частицами имеющими нулевую массу покоя, не буду усложнять объяснение расчетами, оно тоже будет отсутствовать. Однако, сверхсветовые частицы, согласно тем же расчетам, должны взаимодействовать с гравитонами.

Если мы обратимся к теории поля, то увидим, что тахионы обычно являются скалярным полем. В этом случае он имеет отрицательный квадрат массы. Объясню на пальцах: для тахионов чем меньше энергия, тем выше их скорость, а не наоборот как у барионов. Тот факт, что такая особенность существует, означает, что существует нестабильность пространственно-временного вакуума. Это потому, что энергия вакуума имеет максимум, а не минимум. Небольшой импульс в этом пространстве и времени может вызвать затухание экспоненциальных амплитуд, что приведет к конденсации тахионов. Хотя поле является тахионным (и нестабильным) возле начальной точки — максимума потенциала, оно приобретает неотрицательную массу (и становится стабильным) возле минимума - это и называют термином "тахионный конденсат".

В дискретной геометрии пространства-времени тахионы имеют два неожиданных свойства: отдельный тахион не может быть обнаружен, поэтому мы никогда и не увидим их в экспериментах на БАК. И второе - тахионный газ может быть обнаружен по его гравитационному воздействию.

Свойства тахионного газа отличаются от свойств обычного газа. Давление тахионного газа зависит от гравитационного потенциала и не зависит от температуры. В результате тахионный газ может образовывать огромные гало вокруг галактик. Эти гало имеют почти постоянную плотность, и это обстоятельство может объяснить кривые вращения звезд на периферии галактики. Свойства тахионного газа позволяют рассматривать его как темную материю.

Хотя "молекулы" тахионного газа движутся со сверхсветовыми скоростями, средняя скорость движения этих сгустков конденсата оказывается досветовой. По этой причине, несмотря на то, что при ускоренном расширении вселенной скорость тахионов будет возрастать (а энергия падать), скорость тахионного конденсата будет оставаться досветовой, а энергия массы покоя, как и собственно сила гравитационного притяжения сгустков такого конденсата будет уменьшаться. Поэтому в конечном итоге темная энергия победит темную материю, но по расчетам, произойдет это через 10^13s/[µ(eV)]^2, где µ - мнимая масса тахиона (неизвестная нам величина). Если бы она была равна массе протона, то темная материя испарилась бы за 10^-5 сек, чего мы не наблюдаем. Если бы она была примерно равна массе нейтрино - то через 10^6 секунд, то есть в темные времена, когда фотонный газ после большого взрыва уже рассеялся, а барионная материя еще не появилась. То есть по всей видимости, эта мнимая масса очень и очень мала, верхнее ограничение - 10^-3 eV. Так что мы не сможем даже косвенно найти эти микроскопические потери энергии в гипотетических реакциях, порождающих тахионы. Невозможность обнаружения отдельного тахиона не означает, что тахионы не существуют.

Тахионы могут существовать, но обнаружить отдельный тахион нельзя даже если

окажется, что тахион может взаимодействовать с некоторыми элементарными частицами. Например, нейтрон самопроизвольно распадается на протон, электрон и

нейтрино. Однако нельзя быть уверенным, что этот распад не является результатом

столкновения нейтрона с тахионом, потому что тахионный газ может заполнять всю

вселенную с почти постоянной плотностью. В этом отношении свойства тахионного

газа близки к свойствам вакуума.