Original:http://astroweb.case.edu/ssm/mond/astronow.html

ГРАВІТАЦІЯ ДЛЯ ВСІХ ВАГІВ?

За сучасними уявленнями, гравітація почалася в сімнадцятому столітті з сера Ісаака Ньютона. На основі закона Ньютона всесвітнього тяжіння-це просте емпіричне спостереження:
Все відбувається ... як ніби сила між двома тілами прямо пропорційна добутку їх мас і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.
- Сер Ісаак Ньютон
Цей простий факт пояснюється докладним рухом Місяця, інкапсульованими законами Кеплера руху планет, і в сучасний день інформує нас про те, як орієнтуватися малюсіньким космічним кораблям по безкрайнім просторам у міжпланетному просторі з вражаючою точністю. Ніколи в історії таких відвертих спостережень, проведених нами (буквально!) До сих пір.

Закон всесвітнього тяжіння Ньютона був випробуван в широкому діапазоні масштабів, від субміліметрового до Сонячної системи. Його неодноразові успіхи і неймовірну точність конкурують деякі інші фізичні теорії. Надійність всесвітнього тяжіння була такою, що в дев'ятнадцятому столітті крихітний надлишок прецесії орбіти Меркурія являв собою кризу.

Ця криза була врегульована теорією Ейнштейна загальною теорією відносності, єдиним суттєвим оновленням нашої концепції гравітації з часів Ньютона. Загальна теорія відносності сама витримала багато випробувань на точність. Неодноразові успіхи Ньютона-теорії Ейнштейна, і саме піднесення її авторів, призвело до поширеної серед вчених відношення, що не може бути нічого нового дізнатися про гравітацію. Багато з цих же авторів одночасно дотримуватися суперечливих відношення, що там має бути єдина теорія всього сущого, або, по крайней мере, з чотирьох фундаментальних сил. До сих пір, гравітація вперто не бажає асимілюватися в квантово-механічні картину, яка необхідна для опису інших сил природи. Ще там повинна бути квантова теорія гравітації. Переслідуючи цю думку до логічного завершення, там маємо бути ще більше дізнатися понад те, що Ньютон і Ейнштейн вже розповів нам.

За межами квантової сфери, існують і інші гравітаційні загадки, які ще належить пояснити. Одним з найбільш важливих є зазвичай називають «проблема темної матерії.» Коли астрономи вимірюють рух зірок і газу в галактиках і ще більших систем, вони знайшли, що швидкість значно перевищує те, що може бути пояснено застосуванням Netwon всесвітнього тяжіння до маси в видимій формі, такі як зірки (див. рис. 1 ). Це призвело до висновку, що більшість (приблизно 90%) маси у Всесвіті темно.

Існує величезна кількість доказів для темної матерії. Але всі ці докази засновані на припущенні про те, що Ньютоновская теорія може сміливо бути екстрапольовані з сонячної системи (там, де вона добре випробувана) в масштабах галактик. У той час як відмінна відправна точка, ми не повинні припускати, що воно дійсно тримають. Затяті прихильники епістемології можуть заперечити, що, строго кажучи, ми зіштовхуємося з доказами темної матерії, а скоріше для масового розбіжності. Те, що ми бачимо не складається, значить, або Всесвіт повний невидимою маси, або теорія, яка призводить до виведення з цієї маси потребує перегляду.

Повернутися до гравітації - яка має емпіричні корені, згадати Ньютона спостереження, що «все поводиться так, як якщо б ...» хоча це і так з великою точністю в Сонячній системі, вона є завідомо неправдивої для галактик і інших позагалактичних систем. Якщо це відбулося, ми б не мали необхідність в темної матерії. Лиття провину в обміні на тяжкості може бути доцільною, якщо існує модифікація формули Ньютона, яка задовольняє дух його вислівів «все, що веде себе, як ніби ...»

Багато таких спроб було зроблено, і багато провалилися. Ці невдачі заохочували людей в сторону темної матерії. Ще є одна ідея, яка була такою невдалою. У 1983 році ізраїльський фізик М. Мілгром припустили специфічне зміна в рівняннях руху частинок при дуже низьких прискорень. Він назвав цей модифікованої ньютонівською динамікою, або Монд. Монд зводиться до звичайної ньютонівської форми в режимі високого прискорення, але при прискореннях нижче, ніж 1 частина в 10 11 що ми відчуваємо себе тут, на землі, все змінюється в шляху, який міг би враховувати масу розбіжностей.

Як тільки рівняння Монд (або будь-які інші припустимі модифікації) записані, вони залишають мало місця для маневру.З точних динамічних даних, таких як криві обертання спіральних галактик, має випливати з застосування Монд спостережуваним розподілом матерії, що світиться (зірок і газу). Кожна Галактика надає унікальну перевірку гіпотези. Вписується в спостережувані криві обертання галактик, як, що в на фіг. 1 зараз уже виконано понад 100 галактик, із зіставними результатами. Хоча є, звичайно, випадкові головоломки, немає ніяких відомих випадків, коли Монд явно підводить. В переважній більшості, він явно процвітає. Монд-це формула, яка задовольняє Ньютовському вислову «все, що веде себе, як ніби ...»

У своєму первісному +1983 документу, Мілгром зробив ряд прогнозів про тоді невідомий клас низько поверхневої щільності галактик. Ці об'єкти повинні, якщо Монд правильно, проявляють велику масу невідповідностей, тому що їх дифузійні маси світиться дасть навіть слабкіші прискорення вільного падіння, ніж в уже розрідженій суміші знайшли в яскравіших галактиках. Він перерахував ряд конкретних, перевірених наслідків цього передбачення. У той час, такі об'єкти вважалися рідкісними або неіснуючими. Пізніше вони були виявлені, і тепер відомі як "низька поверхнева яскравість галактик. У процесі вивчення цих нових об'єктів для їх власних інтересів, астрономи поступово накопичувалися дані, необхідні для тестування Мілгрома - це багато в чому забуті, десятирічної давності прогнози. Вона була шокована, щоб знайти, що кожен з них був реалізований в даних. Хоча наука в принципі не дає аванси на будівництво гіпотез, які роблять прогнози, які згодом можуть бути перевірені, це дійсно рідкісний випадок, що на практиці фактично слід цієї моделі діє так чисто.

Ці успіхи Монд найбільш очевидні в тих місцях, де динамічні дані випробування є найбільш точними. Однак, є багато інших систем, де картина більш-менш зрозуміла. Будь-яка зміна динамічних законів повинні пояснити масове невідповідність всюди. Вона повинна працювати не тільки для повороту кривих, але і для швидкості дисперсій сфероїдальних галактик, температури газу скупчень галактик, і пекулярні рухи галактик в великомасштабної структури Всесвіту.

В одному місці Монд мабуть,є серйозні труднощі в багатьох скупчення галактик: світловий маси не дотягують рази в два приблизно, що необхідно для пояснення спостережень. З одного боку, це може здатися не так вже й погано: прийде в два рази менше в астрономії часто розглядається як великий успіх. З іншого боку, розбіжність дійсно здається справжньою. Це означає, що є деяка Додаткова маса яку ще належить відкрити в кластерах. Це, по суті, викликає деякі форми темної матерії - навряд чи твоя точка зору на теорію, яка прагне покінчити з цією нісенітницею. Це може вважатися фатальним для Монд якби не той факт, що відкриття величезних резервуарів маси в кластери траплялося й раніше. Довгий час вважалося, що зірки в галактиках, які утворюють кластери були найбільший природними резервуарами звичайної матерії там. Близько десяти років тому, стало очевидним, що маса гарячої, дифузного газу спред між кластером галактик значно перевищує масу зірок. В такому випадку важко бути впевненим, що інший фактор зо два не трапиться.

Інша проблема полягає в космології. Незміненій загальної теорії відносності дає задовільні інтерпретації емпіричних аспектів космології великого вибуху - розширення Всесвіту нуклеосинтез легких елементів, і реліктового випромінювання, відомий як космічний мікрохвильовий фон. Успіх стандартної космології часто ототожнюють з доказами проти Монд. Ще стандартна космологія є єдиною життєздатною, якщо 90% маси дійсно існує в поки гіпотетичною формі - навряд чи багато похвалитися точку. Гірше того, в останні роки виникла необхідність відродити Ейнштейна самопроголошеним «найбільшою помилкою»: космологічної сталої моделі. Можна задатися питанням, якщо ці дивні повороти натякаючи на якийсь більші Великі істини.

Космічний мікрохвильовий фон може допомогти вирішити цю проблему. Всесвіт повний темної матерії залишає тонко різні підписи на це Ехо великого вибуху, ніж один позбавлений темної матерії. Недавні спостереження прийшли дивно близький до того, щоб розрізняти ці два випадки, але в підсумку не змогла зробити чітке розходження. Майбутніх космічних місій, як НАСА та ЄКА карту планка, сподіваюся, буде робити трюк.

Незалежно від того Монд вірна як теорія, вона не є спостерігається феноменології, яка вимагає пояснення. В цьому криється справжня загадка для темної матерії картини. Природним очікуванням темної матерії теорій для обертання криві не схожі Монд, і, отже, не вдасться відтворити всю сукупність істотних спостережні факти. Найкраще, що теорія темної матерії може сподіватися зробити, це примудряються виглядати Монд, і, отже, postdict багатьох речей, які Мілгром успішно передбачила. Це дає справжнього паузу, щоб розглянути, як науки, припускають, щоб продовжити.

Дебати між темної матерії і Монд освіжає. Існує деяка стурбованість, виражену в останні роки наука прийшла до свого кінця. Всі фундаментальні відкриття вже зроблені, і немає нічого справді нового що йому належить дізнатися. Цим настроям вторить слова Резерфорда майже століття тому: «... все, що залишається-це заповнити кілька останніх знаків після коми. »Зараз, як і тоді, чутки про кінець фундаментальної науки сильно перебільшені.


Мал. 1: крива обертання карликової галактики NGC 1560. Суть справи обертання і передбачав застосування ньютонівської гравітації досліджуваних зірок і газу. Це набагато менше спостережуваного обертання, що ведуть до висновку з темної матерії, щоб заповнити різницю. Верхня лінія показує обертання очікується застосування Монд, щоб спостережувані зірки і газ. Схожі результати тепер відомі понад 100 галактик. Зверніть увагу, що в даному випадку, навіть Кінк спостерігається в газорозподільних відбивається в сівозміні. Це надзвичайно важко пояснити з темною матерією, що не розподіляється як світиться масу. Монд-це формула, яка задовольняє вислів Ньютона «все поводиться так, як якщо б ...»