Введение

Темная материя, невидимая и всеобъемлющая, остается одной из величайших загадок в физике. В недавнем исследовании я предлагаю альтернативный подход: вместо гипотезы о новых частицах, возможно, гравитация ведет себя иначе на самых больших масштабах.

Новый взгляд на гравитацию на больших масштабах

В своей статье, опубликованной в Physics Letters B, я рассматриваю, как гравитация может эволюционировать в рамках квантовой теории поля. Вместо того, чтобы считать гравитационную постоянную Ньютон неизменной на космических расстояниях, я исследую, что произойдет, если она будет «изменяться» на больших длинах волн в инфракрасном диапазоне.

Понимание инфракрасного изменения

В квантовых теориях поля постоянные связи обычно зависят от энергетического или длины волны, что является следствием групповой ренормализации. В то время как это изменение хорошо изучено на микроскопических масштабах, я задался вопросом, может ли аналогичная концепция применяться в обратном направлении на огромных расстояниях.

Результатом стал убедительный теоретический сценарий, в котором эффективная сила гравитации меняется на галактических расстояниях. В частности, форма инфракрасного изменения приводит к гравитационному потенциалу, который отклоняется от обычного закона силы (1/r²), вводя вместо этого логарифмический коррекционный член. Удивительно, но такая коррекция приводит к долгосрочной силе (1/r), что естественным образом генерирует плоские кривые вращения в галактиках — эффект, традиционно приписываемый темноматричным оболочкам.

Сравнение с наблюдениями

Чтобы протестировать эту идею, я применил модель к данным наблюдений галактического вращения. Используя только измеренное распределение видимой барионной массы и один параметр перекрестного масштаба, предсказанные кривые вращения совпадают с наблюдаемым сглаживанием на широком диапазоне радиусов. Эти результаты предполагают, что сценарий инфракрасного изменения может объяснить вращение галактик без необходимости в доминирующей холодной темной материи.

Последствия для космологии

Последствия этого подхода выходят за рамки отдельных галактик. В ранней Вселенной — во время космического микроволнового фона и формирования структуры — любое изменение в гравитации должно быть достаточно малым, чтобы избежать конфликта с точными космологическими измерениями. В рамках инфракрасного изменения коррекции растут медленно с масштабом и временем, сохраняя согласие с ограничениями ранней Вселенной, становясь актуальными только на более поздних эпохах и больших масштабах.

Следующие шаги и открытые вопросы

Одной из основных задач является дальнейшее изучение феноменологии гравитации с инфракрасным изменением в космологических контекстах, включая гравитационное линзирование и динамику кластеров, а также выявление возможных сигнатур в предстоящих исследованиях, которые могли бы отличить этот сценарий от альтернатив с частицами темной материи.

Моя работа открывает путь к пониманию явлений темной материи не как недостающих частиц, а как тонкой особенности самой гравитации — глубокого следствия зависимости от масштаба в квантовой теории поля гравитации.

Заключение

Хотя этот подход еще не заменяет темную материю в стандартной космологической модели, он подчеркивает возможную скрытую сложность гравитации и приглашает переосмыслить источники эффектов темной материи. Это исследование может стать основой для будущих открытий в понимании структуры Вселенной и природы гравитации.