Seit dem späten 20. Jahrhundert sind Astronomen Daten bekannt, die darauf hindeuten, dass sich das Universum nicht nur ausdehnt, sondern sich auch beschleunigt. Nach dem derzeit akzeptierten Modell ist diese beschleunigte Expansion auf dunkle Energie zurückzuführen, eine mysteriöse Abstoßungskraft, die etwa 73% der Energiedichte des Universums ausmacht. Eine neue Studie enthüllt nun eine alternative Theorie: Die Expansion des Universums beruht tatsächlich auf der Beziehung zwischen Materie und Antimaterie. Laut dieser Studie stoßen sich Materie und Antimaterie durch Gravitation gegenseitig ab und erzeugen eine Art „Antigravitation“, die den Bedarf an dunkler Energie im Universum beseitigen könnte.
Massimo Villata, ein Wissenschaftler des Observatoriums von Turin in Italien, begann die Studie mit zwei Hauptannahmen. Erstens stellte er fest, dass sowohl Materie als auch Antimaterie eine positive Masse und Energiedichte haben. Traditionell wird der Gravitationseinfluss eines Partikels ausschließlich durch seine Masse bestimmt. Ein positiver Massenwert zeigt an, dass das Partikel andere Partikel durch Gravitation anzieht. Unter der Annahme von Villata gilt dies auch für Antiteilchen. Unter dem Einfluss der Schwerkraft ziehen Partikel andere Partikel an und Antiteilchen ziehen andere Antiteilchen an. Aber welche Kraft tritt zwischen Partikeln und Antiteilchen auf?
Um diese Frage zu lösen, musste Villata die zweite Annahme einführen - dass die allgemeine Relativitätstheorie CPT-invariant ist. Dies bedeutet, dass die Gesetze, die ein gewöhnliches Materieteilchen in einem gewöhnlichen Feld in der Raumzeit regeln, ebenso gut auf Szenarien angewendet werden können, in denen Ladung (elektrische Ladung und interne Quantenzahlen), Parität (Raumkoordinaten) und Zeit umgekehrt sind, wie dies für Antimaterie der Fall ist . Wenn Sie die Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie in Ladung, Parität und Zeit für umkehren entweder das Teilchen oder Das Feld, in dem sich das Teilchen bewegt, ist a Vorzeichenwechsel im Gravitationsterm, was es negativ statt positiv macht und eine sogenannte Antigravitation zwischen den beiden impliziert.
Villata zitierte das malerische Beispiel eines Apfels, der Isaac Newton auf den Kopf fiel. Wenn ein Anti-Apfel auf eine Anti-Erde fällt, ziehen sich die beiden an und der Anti-Apfel trifft Anti-Newton auf den Kopf. Ein Anti-Apfel kann jedoch nicht auf die normale alte Erde „fallen“, die aus normaler alter Materie besteht. Stattdessen fliegt der Anti-Apfel aufgrund des Vorzeichenwechsels der Schwerkraft von der Erde weg. Mit anderen Worten, wenn die allgemeine Relativitätstheorie tatsächlich CPT-invariant ist, würde die Antigravitation dazu führen, dass sich Partikel und Antiteilchen gegenseitig abstoßen. In viel größerem Maßstab behauptet Villata, dass sich das Universum aufgrund dieser starken Abstoßung zwischen Materie und Antimaterie ausdehnt.
Was ist mit der Tatsache, dass Materie und Antimaterie sich gegenseitig vernichten? Villata löste dieses Paradoxon, indem er Antimaterie weit entfernt von Materie in den enormen Hohlräumen zwischen Galaxienhaufen platzierte. Es wird angenommen, dass diese Hohlräume von winzigen negativen Schwankungen im Feld der Urdichte herrühren und eine Art Antigravitation zu besitzen scheinen, die alle Materie von ihnen abstößt. Natürlich liegt der Grund, warum Astronomen tatsächlich keine Antimaterie in den Hohlräumen beobachten, immer noch in der Luft. In Villatas Worten: "Es gibt mehr als eine mögliche Antwort, die an anderer Stelle untersucht wird." Die Forschung erscheint in der diesmonatigen Ausgabe der Europhysics Letters.
