تکنولوژی
مطالعه‌ای می‌گوید گرانش می‌تواند بدون جرم وجود داشته باشد و ماده تاریک ممکن است یک افسانه باشد
مطالعه جدیدی ادعا می‌کند که گرانش می‌تواند بدون جرم وجود داشته باشد و احتمالاً نیاز به ماده تاریک را به‌کلی از بین ببرد. نظریه منحصربه‌فردی که توسط ریچارد لیو، استاد برجستهٔ فیزیک و ستاره‌شناسی ارائه شده است، شامل نقص‌های توپولوژیکی است که می‌توانند جرمی معادل صفر ایجاد کنند ولی همچنان نیروی گرانشی ایجاد کنند. این نظریه می‌تواند توضیحی جایگزین برای خمیدگی گرانشی مشاهده‌شده در کهکشان‌ها باشد که به‌طور سنتی به ماده تاریک نسبت داده می‌شود.
طبق نظریه نسبیت عمومی، یک کهکشان باید مقدار مشخصی جرم داشته باشد تا توسط گرانش کنار هم نگه داشته شود. با این حال، دانشمندان در بسیاری از کهکشان‌های دنیا جرم قابل‌مشاهدهٔ کافی نمی‌بینند ولی گرانش آن‌ها را دست‌نخورده نگه می‌دارد. چگونه می‌توان این را توضیح داد؟ اینجاست که مفهوم ماده تاریک وارد می‌شود. دانشمندان باور دارند که کهکشان‌ها دارای جرمی نامرئی به صورت ماده‌ای هستند که با نور تعامل نمی‌کند. گرانشی که این کهکشان‌ها را نگه می‌دارد به دلیل این جرم نامرئی است.
دهه‌ها، این توضیح وجود مادهٔ تاریک مفروض را پشتیبانی کرده است. اما مطالعهٔ جدید ادعا می‌کند که گرانش می‌تواند حتی بدون جرم نیز وجود داشته باشد و احتمالاً نیاز به ماده تاریک را به‌کلی از بین ببرد. این نظریه منحصربه‌فرد "به نوبهٔ خود ناشی از ناامیدی من از وضعیت موجود، یعنی مفهوم وجود ماده تاریک علی‌رغم نبود هیچ‌گونه شواهد مستقیم برای یک قرن کامل" گفتهٔ ریچارد لیو نویسندهٔ مطالعه و استاد برجستهٔ فیزیک و ستاره‌شناسی در دانشگاه آلاباما در هانتس‌ویل می‌باشد.
طبق گفتهٔ لیو، گرانش مورد نیاز برای نگه داشتن برخی کهکشان‌ها یا مجموعه‌ها ممکن است از "نقص‌های توپولوژیکی پوسته‌مانند" ناشی شود. نقص‌های توپولوژیکی ساختارهای فشردهٔ منحصربه‌فردی در فضا هستند که دارای تراکم ماده بالایی هستند.
این نقص‌ها احتمالاً در اوایل جهان در دورهٔ تغییر فاز ایجاد شده‌اند - رویدادی که در آن مادهٔ سراسر جهان دچار تغییر فیزیکی عمده‌ای می‌شود. این نقص‌ها ممکن است به صورت سازه‌های طولانی خطی که به نام رشته‌های کیهانی شناخته می‌شوند، یا به شکل پوسته‌های صاف باشند.
پوسته‌ها در مقالهٔ من شامل لایه‌ای نازک از جرم مثبت در داخل و لایه‌ای نازک از جرم منفی در بیرون هستند. جرم کل هر دو لایه - که تمام چیزی است که می‌توان آن را بر حسب جرم اندازه‌گیری کرد - دقیقاً صفر است، اما وقتی ستاره‌ای در این پوسته قرار می‌گیرد، نیروی جاذبهٔ بزرگی را تجربه می‌کند که او را به سمت مرکز پوسته جلب می‌کند.
این کمی شبیه به این است که فوتون‌ها، که خودشان جرمی ندارند، همچنان به دلیل حضور اشیاء بزرگی ستاره‌ای، جاذبه را تجربه می‌کنند. دلیلش این است که وقتی گرانش فضا و زمان را قطع می‌کند، با هر چیزی در انحنا تعامل می‌کند، چه جرم داشته باشد و چه نداشته باشد.
وقتی نور از جسمی بزرگ و نجومی عبور می‌کند، به جای اینکه مستقیم برود، در حال حرکت در طول انحنای فضا زمان خمیده می‌شود. این پدیده به نام خمیدگی گرانشی شناخته می‌شود و همچنین به عنوان شواهد غیرمستقیم وجود جرم و تأثیر گرانش بر شیء به توضیح داده شده توسط نسبیت عام عمل می‌کند.
تا به امروز، هر زمان که خمیدگی گرانشی در مورد کهکشان یا مجموعه‌های کهکشانی مشاهده می‌شود، ولی جرمی قابل مشاهده نیست - دانشمندان به سادگی فرض می‌کنند که این مادهٔ تاریک نامرئی است که باعث خمیدگی شده است.
با این حال، بر اساس نظریهٔ لیو، این کهکشان‌ها و مجموعه‌هایی که جرمشان قابل مشاهده نیست، شامل سری خاصی از نقص‌های توپولوژیکی پوسته‌مانند هستند. وقتی نور از هر پوسته عبور می‌کند، به طور اندکی به سمت مرکز این ساختارها جذب می‌شود.
وقتی نور از چندین پوسته عبور می‌کند، اثر ترکیبی باعث خمیدگی ملموسی می‌شود که شبیه به تأثیر مقدار زیادی مادهٔ تاریک به نظر می‌رسد، مثل این که چگونه سرعت ستارگان در مدار تحت تأثیر مادهٔ تاریک به نظر می‌آید.
اما طبق مطالعهٔ فعلی، هیچ مادهٔ تاریکی وجود ندارد و خمیدگی گرانشی به‌کلی نتیجهٔ نقص‌های توپولوژیکی است.
ضمناً، نظریهٔ فعلی به تنهایی برای رد فرضیهٔ مادهٔ تاریک کافی نیست - ممکن است در بهترین حالت یک تمرین ریاضیاتی جالب باشد، اما این اولین اثبات است که گرانش می‌تواند بدون جرم وجود داشته باشد.
این مطالعه در مجلهٔ گزارشات ماهانهٔ انجمن سلطنتی نجوم منتشر شده است.
