MOND вместо классической теории гравитации Ньютона

Мы можем довольно точно смоделировать движение планет в Солнечной системе, используя законы физики Ньютона.

MOND и проблемы с теорией гравитации Ньютона

В начале 1970-х годов ученые заметили, что старые методы не работают для дисковых галактик - звезды, расположенные вдали от гравитационного центра, двигаются гораздо быстрее, чем предсказывает теория Ньютона.

Это обстоятельство заставило физиков предположить, что невидимая субстанция, называемая "темной материей", обеспечивает дополнительное гравитационное притяжение, заставляя звезды ускоряться. И теория мгновенно стала очень популярной.

Однако астрономические наблюдения, - если брать обширные выборки, - гораздо лучше объясняются альтернативной теорией гравитации, предложенной израильским физиком Мордехаем Милгромом в 1982 году. Модифицированная ньютоновская динамика не требует дополнительной субстанции, тем более невидимой материи.

Основной постулат MOND заключается в том, что когда гравитация становится очень слабой, как это происходит на границе галактик, она начинает вести себя иначе, чем в классической ньютоновской физике. Анализируя массы объектов, можно объяснить, почему звезды, планеты и газ на окраинах более 150 галактик вращаются быстрее, чем ожидается. Но милгромова динамика не просто объясняет кривые вращения; во многих случаях она их предсказывает. А это уже признак верифицированной научной теории.

Философы науки утверждают, что способность прогнозировать уравнивает МОНД со Стандартной космологической моделью, которая предполагает, что во Вселенной больше темной материи, чем видимой.

Согласно Стандартной модели, галактики располагают неопределенным количеством темной материи, которое зависит от деталей ее формирования, естественно, нам неизвестных. Что, в свою очередь, означает: невозможно предсказать, как быстро должны вращаться галактики. Но такие предсказания регулярно делаются при помощи теории модифицированной гравитации, и до сих пор они подтверждались.

Представьте себе, что мы знаем распределение видимой массы в галактике, но еще не знаем скорости ее вращения. В стандартной космологической модели можно было бы лишь с некоторой уверенностью сказать, что скорость вращения окажется между 100 км/с и 300 км/с на окраинах звездной системы. MOND делает более точное предсказание: скорость вращения должна быть в диапазоне 180-190 км/с.

Если наблюдения покажут скорость вращения 188 км/с, искомый показатель будет соответствовать обеим теориям - но очевидно, что модифицированная динамика выглядет предпочтительнее.

Читайте также: Какая модель государственного управления наиболее подходит Украине? Президентская республика

Современная версия бритвы Оккама - простейшее решение удобнее сложного. То есть мы должны объяснять наблюдения с помощью как можно меньшего количества "свободных параметров". Свободные параметры - это константы - определенные числа, которые мы подставляем в уравнения, чтобы они работали.

Но они не задаются самой теорией - нет причин, по которым они должны принимать конкретное значение. Поэтому мы их измеряем наблюдательно. Примером может служить гравитационная постоянная G в теории гравитации Ньютона или количество темной материи в галактиках в рамках стандартной космологической модели.

На самом деле хорошая теория делает четкие предсказания, пусть даже подтверждаемые со временем. Проблема в том, что не все теоретические выкладки, не смотря на развитие науки и техники, проверяемы в режиме реального времени.

Плохая теория — это та, которая изначально предполагает свою непроверяемость. Как с Большим Взрывом — чтобы ее проверить, нужно воссоздать «биг-бум». Согласитесь, задача несколько трудоемкая. Но это не значит, что ее отдельные положения не «работают», а значит физика как наука развивается.

Почему галактики так быстро вращаются?

Один из самых поразительных провалов Cтандартной космологической модели связан с объяснением "галактических баров" - стержнеобразных ярких областей, состоящих из звезд, расположенных в ядрах спиральных галактик.

Такие полосы вращаются с течением времени. Если бы галактики были заключены в массивные ореолы темной материи, мы наблюдали бы замедление вращения. Однако "подопытные" галактики вращаются достаточно быстро. Вывод?

Другая проблема заключается в том, что в первоначальных моделях, предполагавших наличие у галактик ореолов темной материи, была допущена большая ошибка - они предполагали, что частицы ТМ обеспечивают гравитацию окружающей материи, но не подвержены гравитационному притяжению обычной материи. Явна манипуляция, чтобы упростить расчеты, но не описать реальность.

Когда ошибку исправили в последующих симуляциях, стало ясно, что ореолы темной материи вокруг галактик не позволяют достоверно объяснить гравитационные свойства звездных систем.

Причина популярности Стандартной космологической модели заключаться в лени: всегда проще объяснить математические ошибки ограниченностью наших знаний.

Сказывается и обычный консерватизм: академическое сообщество не хочет вносить изменения в теорию гравитации, которая вроде как успешна во многих областях физики.

Но та же МOND не отрицает теорию гравитации Ньютона. Она лишь говорит о ее ограниченности и если мы исследуем макрообъекты, то не должны ограничиваться гравитационными привычками Солнечной системы.