Мне кажется, я видел в видео, что если бы темная материя не отталкивала темную материю, она сформировала бы плотные массивные объекты или даже черные дыры, которые мы должны были обнаружить.
Итак, может ли темная материя отталкивать темную материю? Если да, то каковы причины? Может быть, это как противоположный полюс гравитации, притягивающий обычную материю и отталкивающий темную?
Ответ Любоша Мотла совершенно правильный. Темная материя обладает «обычными» гравитационными свойствами: она притягивает другую материю и притягивает себя (т.е. каждая частица темной материи притягивает друг друга, как и следовало ожидать).
Но правда в том, что темная материя, кажется, не коллапсировала в очень плотные структуры — то есть в такие вещи, как звезды и планеты. Темная материя действительно скапливается, схлопываясь в комки под действием гравитации, но эти комки намного больше и более рассеяны, чем комки обычной материи, с которыми мы так хорошо знакомы. Почему бы и нет?
Похоже, ответ заключается в том, что у темной материи мало способов рассеивать энергию. Представьте, что у вас есть рассеянное облако вещества, которое начинает разрушаться под собственным весом. Если у него нет возможности рассеять свою энергию, он не сможет сформировать устойчивую плотную структуру. Все частицы будут падать к центру, но тогда у них будет столько кинетической энергии, что они снова выскочат обратно. Для того чтобы разрушиться до плотной структуры, вещам нужна способность «остывать».
Обычная атомная материя имеет различные способы рассеивания энергии и охлаждения, такие как излучение, которые позволяют ей коллапсировать, а не восстанавливаться. Насколько мы можем судить, темная материя слабо взаимодействует: она не излучает и не поглощает излучение, а столкновения между частицами темной материи редки. Поскольку ему трудно охлаждаться, он не образует этих структур.
Темная материя, безусловно, должна нести положительную массу, и по принципу эквивалентности все положительные массы должны оказывать притягивающее притяжение на другие массы.
Кроме того, с точки зрения феноменологической космологии мы, очевидно, хотим, чтобы темная материя притягивала сама себя. Она должна притягивать видимую материю, потому что именно поэтому в первую очередь была введена темная материя: она помогает удерживать звезды в галактике, даже если они вращаются быстрее, чем можно было бы ожидать, исходя из распределения видимой массы в галактике.
По этой причине сила между темной материей и обычной, безусловно, притягательна. Сила между темной материей и темной материей тоже должна быть привлекательной. Фактически темная материя сыграла доминирующую роль в структурообразовании — создании первоначальных неоднородностей, которые в конечном итоге стали галактиками, скоплениями галактик и так далее. Гало темной материи крупнее видимых частей галактик: видимые звезды возникли как «вишенки на пироге» вблизи центров гало темной материи.
Нет никаких сомнений в том, что гравитационная сила между любой парой частицеподобных сущностей притягивает. Это связано с положительной массой, т.е. положительной энергией, которая необходима для устойчивости вакуума (если бы существовали состояния с отрицательной энергией, вакуум распадался бы на них спонтанно, что было бы катастрофой, а этого не происходит) и основными свойствами общая теория относительности. В частности, среди неспециалистов существует большая путаница в отношении того, обладает ли антиматерия притягательной гравитацией. Да, конечно, известно, что гравитационные силы материи-антиматерии и антиматерии-антиматерии тоже обладают притяжением.
Негравитационные силы между темной материей почти наверняка являются силами ближнего действия. В частности, темная материя не взаимодействует с электромагнетизмом, единственной известной нам дальнодействующей негравитационной силой (опосредованной безмассовым фотоном) — вот почему она темная (не излучает света).
Единственная отталкивающая сила, возникающая в подобных космологических дискуссиях, связана с темной энергией, или, если быть более точным, с космологической постоянной. Темная энергия сильно отличается от темной материи. Эта сила ускоряет расширение Вселенной, и это происходит из-за отрицательного давления темной энергии, которое, как можно утверждать, вызывает эту «отталкивающую гравитацию». Однако темная энергия не состоит из каких-либо частиц. Это просто число, одинаково привязанное к каждому объему пространства.
Среди неспециалистов распространено заблуждение, что фраза «темная материя» относится к реальной материи. Это не так. Это просто относится к тому, что вызывает постоянную угловую скорость у звезд, вращающихся вокруг галактик (в частности, галактик со спиральными рукавами). Короче говоря, нет абсолютно никакого требования, чтобы темная материя была реальной материей.
dmckee --- котенок экс-модератор