Эти физики предпочитают новую теорию гравитации

Используя законы физики Ньютона, мы можем с абсолютной точностью моделировать движения планет Солнечной системы. Однако в начале 1970-х годов ученые обнаружили, что Это не сработало для него дисковые галактики Звезды на их внешних краях, вдали от гравитационной силы всей материи в их центре, двигались намного быстрее, чем предсказывала теория Ньютона.

В результате физики предположили, что невидимая субстанция под названием «темная материя«Он создавал дополнительное гравитационное притяжение, заставляя звезды ускоряться — теория, которая получила широкое признание. последний отзыв Мои коллеги и я полагаем, что наблюдения в широком диапазоне масштабов гораздо лучше объясняются альтернативной теорией гравитации, называемой динамикой Милгрома или Монд — Не требует невидимого материала. Впервые он был предложен израильским физиком Мордехаем Милгромом в 1982 году.

Основное предположение Монда состоит в том, что когда гравитация становится слишком слабой, как это происходит вблизи края галактик, она начинает вести себя иначе, чем в ньютоновской физике. Таким способом можно объяснять Почему звезды, планеты и газ на окраинах более 150 галактик вращаются быстрее, чем ожидалось, исходя только из их видимой массы. Однако Монд не только объяснять Подобно кривым вращения, во многих случаях Ожидать Oни.

философы науки спорить Что эта способность предсказания делает Монда превосходящим стандартную космологическую модель, которая предполагает, что во Вселенной темной материи больше, чем видимой материи. Это связано с тем, что, согласно этой модели, галактики содержат крайне неопределенное количество темной материи, которое зависит от деталей формирования галактики, которые мы не всегда знаем. Это делает невозможным предсказать, как быстро вращаются галактики. Но такие прогнозы регулярно делаются с Мондом, и это подтверждается до сих пор.

Представьте, что мы знаем распределение видимой массы в галактике, но еще не знаем скорость ее вращения. В Стандартной космической модели можно было бы только с некоторой уверенностью сказать, что скорость вращения будет между 100 и 300 км/с в пригородах. Монд дает более конкретный прогноз, что скорость вращения должна быть в пределах 180-190 км/с.

Если более поздние наблюдения выявят скорость вращения 188 км/с, это согласуется с обеими теориями, но Монд явно фаворит. Это свежая версия бритва Оккама — что самое простое решение лучше, чем более сложные решения, и в этом случае мы должны объяснить примечания с наименьшим возможным количеством «свободных параметров». Свободные параметры — это константы — определенные числа, которые мы должны ввести в уравнения, чтобы они заработали. Но сама теория их не дала — нет никаких оснований для существования какой-либо конкретной величины — поэтому мы должны измерять ее наблюдением. Примером может служить гравитационная постоянная G в теории гравитации Ньютона или величина. темная материя в галактиках Стандартной космологической модели.

Мы ввели концепцию, известную как «теоретическая эластичность», чтобы уловить идею кода Оккама о том, что теория с наибольшим количеством свободных параметров согласуется с более широким диапазоном данных, что делает ее более сложной. В нашем обзоре мы использовали эту концепцию при проверке космологической модели Стандарта и Монда на различных астрономических наблюдениях, таких как вращение галактик и движения внутри скоплений галактик.

Каждый раз мы давали теоретическую оценку эластичности от -2 до +2. Оценка -2 указывает на то, что модель делает четкий и точный прогноз, не глядя на данные. И наоборот, +2 означает «подходит все» — теоретики могли бы подобрать почти любой разумный результат наблюдений (поскольку существует так много свободных параметров). Мы также оценили, насколько хорошо каждая модель соответствует наблюдениям, где +2 указывает на отличное соответствие, а -2 зарезервировано для наблюдений, которые ясно показывают, что теория ложна. Затем мы вычитаем степень теоретической гибкости из степени согласия с наблюдениями, поскольку хорошее согласование данных — это хорошо, а способность подогнать что угодно — плохо.

Хорошая теория должна была делать четкие предсказания, которые впоследствии подтверждались, и совокупный балл +4 по многим различным тестам был бы лучше (+2 — (- 2) = +4). Плохая теория получит оценку от 0 до -4 (-2 — (+ 2) = -4). Точные прогнозы в этом случае могут не сработать — и вряд ли сработают с неправильной физикой.

Мы нашли средний балл Стандартной космологической модели -0,25 в 32 тестах, в то время как Монд получил средний балл +1,69 в 29 тестах. Баллы для каждой теории по множеству различных тестов показаны на рисунках 1 и 2 ниже для космологической модели Стандарта и Монда соответственно.

Фигура 1. Сравнение стандартной космологической модели с наблюдениями на основе того, насколько хорошо данные согласуются с теорией (оптимизация снизу вверх) и насколько они гибки в подгонке (высота слева направо). Пустой круг не учитывается в нашей оценке, так как эти данные использовались для установки свободных параметров. Воспроизведено из таблицы 3 нашего обзора. кредит: Архив

Фигура 2. Подобно рисунку 1, но для Монда с виртуальными частицами, взаимодействующими только под действием гравитации, они называются стерильными нейтрино. Обратите внимание, что явного подлога нет. Воспроизведено из таблицы 4 нашего обзора. кредит: Архив

Сразу видно, что для Mond не выявлено существенных проблем, которые, по крайней мере, разумно согласуются со всеми данными (обратите внимание, что две нижние строки, указывающие на фальсификацию, на рис. 2 пусты).

проблемы темной материи

Одна из самых поразительных ошибок Стандартной космической модели связана с «полосовыми галактиками» — яркими стержнеобразными областями, состоящими из звезд, — в которых спиральные галактики часто обнаруживаются в их центральных областях (см. основное изображение). Бары вращаются с течением времени. Если бы галактики были окружены огромными ореолами темной материи, их стержни замедлились бы. Однако большинство, если не все, наблюдаемые галактические полосы являются быстрыми. Это фальшивый Стандартная космологическая модель с высокой степенью достоверности.

Другая проблема заключается в том, что оригинальные модели В том, что предполагаемые галактики имеют ореолы темной материи, сделали большую ошибку — они предположили, что частицы темной материи обеспечивают гравитацию материи вокруг них, но не подвержены влиянию гравитационного притяжения обычной материи. Это упрощает расчеты, но не отражает действительности. Когда это учитывалось в Последующие симуляции Было ясно, что ореолы темной материи вокруг галактик не могут достоверно объяснить их свойства.

Есть много других недостатков Стандартной космологической модели, которые мы рассмотрели в нашем обзоре, и Монду часто удавалось объяснил естественно Заметки. Однако причина такой популярности Стандартной космологической модели может заключаться в вычислительных ошибках или ограниченном знании ее недостатков, некоторые из которых были обнаружены недавно. Это также может быть связано с нежеланием людей модифицировать теорию гравитации, которая оказалась столь успешной во многих других областях физики.

Большое преимущество Монда над Стандартной космологической моделью в нашем исследовании привело нас к выводу, что имеющиеся наблюдения сильно благоприятствуют Монду. Хотя мы не утверждаем, что Монд идеален, мы все же думаем, что он исправляет общую картину — галактикам действительно не хватает темной материи.

Написано Индранилом Баником, научным сотрудником с докторской степенью в области астрофизики, Университет Сент-Эндрюс.

Эта статья была впервые опубликована в Беседа.

Ссылка: «От галактических стержней до натяжения Хаббла: взвешивание астрофизических доказательств мельгромской гравитации.
Индранил Баник и Хуншэн Чжао, 27 июня 2022 г. Доступно здесь симметрия.
DOI: 10.3390 / sym14071331