Sedan slutet av 1900-talet har astronomer varit medvetna om data som antyder att universum inte bara expanderar, utan expanderar i snabbare takt. Enligt den för närvarande accepterade modellen beror denna accelererade expansion på mörk energi, en mystisk avstötande kraft som utgör cirka 73% av universumets energitäthet. Nu avslöjar en ny studie en alternativ teori: att universums utvidgning faktiskt beror på förhållandet mellan materia och antimateria. Enligt denna studie avvisar materie och antimateria gravitationellt varandra och skapar ett slags "antigravity" som kan undanröja behovet av mörk energi i universum.
Massimo Villata, en forskare från Observatoriet i Turin i Italien, inledde studien med två stora antaganden. Först påstod han att både materia och antimateria har positiv massa och energitäthet. Traditionellt bestäms gravitationspåverkan av en partikel enbart av dess massa. Ett positivt massavärde indikerar att partikeln kommer att locka andra partiklar tyngdkraft. Enligt Villata antar detta också antipartiklar. Så under påverkan av tyngdkraften lockar partiklar andra partiklar och antipartiklar lockar andra antipartiklar. Men vilken typ av kraft uppstår mellan partiklar och antipartiklar?
För att lösa denna fråga behövde Villata införa det andra antagandet - att allmän relativitet är CPT-invariant. Detta innebär att lagarna som reglerar en vanlig materiapartikel i ett vanligt fält i rymdtid kan tillämpas lika bra på scenarier där laddning (elektrisk laddning och interna kvantantal), paritet (rumsliga koordinater) och tid är omvänd, som de är för antimateria . När du vänder ekvationerna om generell relativitet som är ansvarig, paritet och tid för antingen partikeln eller fältet som partikeln rör sig i, resultatet är ett byte av tecken i tyngdkraften, vilket gör det negativt istället för positivt och antyder så kallad antigravitet mellan de två.
Villata citerade det pittoreska exemplet på ett äpple som föll på Isaac Newtons huvud. Om ett anti-äpple faller på en anti-Earth, kommer de två att locka och anti-apple kommer att slå anti-Newton på huvudet; emellertid kan ett anti-äpple inte "falla" på vanlig gammal jord, som är gjord av vanlig gammal materia. Istället kommer anti-äpplet att flyga bort från jorden på grund av allvarens förändring i tecken. Med andra ord, om generell relativitet i själva verket är CPT-invariant, skulle antigravitet orsaka att partiklar och antipartiklar ömsesidigt avvisar. I mycket större skala hävdar Villata att universum expanderar på grund av denna kraftfulla avstötning mellan materia och antimateria.
Vad sägs om att materia och antimateria är kända för att förstöra varandra? Villata löste denna paradox genom att placera antimateria långt borta från materien, i de enorma håligheterna mellan galaxkluster. Dessa håligheter tros ha härrört från små negativa fluktuationer i det primordiala täthetsfältet och verkar ha en slags antigravitet, och avvisar all materia bort från dem. Naturligtvis är orsaken till att astronomer faktiskt inte observerar något antimateria i tomrummen fortfarande uppe i luften. I Villatas ord: "Det finns mer än ett möjligt svar, som kommer att undersökas på annat håll." Forskningen visas i denna månads utgåva av Europhysics Letters.
