Ezek a fizikusok a gravitáció új elméletét részesítik előnyben

A Newton-féle fizikatörvények segítségével teljes pontossággal modellezhetjük a bolygók mozgását a Naprendszerben. Az 1970-es évek elején azonban a tudósok felfedezték Ez nem ment neki koronggalaxisok A külső szélükön lévő csillagok, távol a középpontjukban lévő összes anyag gravitációs erejétől, sokkal gyorsabban mozogtak, mint ahogy azt Newton elmélete megjósolta.

Ennek eredményeként a fizikusok azt javasolták, hogy egy láthatatlan anyag, az úgynevezett „sötét anyag„További gravitációs vonzást biztosított, ami a csillagok felgyorsulását okozta – ez az elmélet széles körben elfogadottá vált. utolsó értékelés Kollégáimmal azt javasoljuk, hogy a sokféle skálán végzett megfigyeléseket sokkal jobban megmagyarázzák egy alternatív gravitációs elmélet, az úgynevezett Milgromi dinamika ill. Mond – Nem igényel láthatatlan anyagot. Először Mordechai Milgrom izraeli fizikus javasolta 1982-ben.

Mond alapfeltevése az, hogy amikor a gravitáció túlságosan gyengül, mint a galaxisok széle közelében, akkor a newtoni fizikától eltérően kezd viselkedni. Ily módon lehetséges megmagyarázni Miért pörögnek gyorsabban a csillagok, bolygók és gázok több mint 150 galaxis külterületén, mint azt csak látható tömegük alapján várták? Mond azonban nem csak megmagyarázni A forgási görbékhez hasonlóan sok esetben Elvárni ők.

tudományfilozófusok vitatkozni Ez a jóslati képesség a Mondot felülmúlja a standard kozmológiai modellnél, amely azt sugallja, hogy az univerzumban több a sötét anyag, mint a látható anyag. Ennek az az oka, hogy e modell szerint a galaxisok rendkívül bizonytalan mennyiségű sötét anyagot tartalmaznak, ami a galaxis kialakulásának részleteitől függ – amit nem mindig tudunk. Ez lehetetlenné teszi a galaxisok forgási sebességének előrejelzését. De ilyen jóslatok rutinszerűen születnek a Mond esetében, és ez eddig be is igazolódott.

Képzeljük el, hogy ismerjük a látható tömeg eloszlását egy galaxisban, de még nem ismerjük a forgási sebességét. A standard kozmológiai modellben csak bizonyossággal lehetne azt mondani, hogy a forgási sebesség 100 és 300 km/s között lenne a külvárosokban. Mond konkrétabb előrejelzést ad, hogy a forgási sebességnek 180-190 km / s tartományban kell lennie.

Ha a későbbi megfigyelések 188 km/s-os forgási sebességet mutatnak ki, ez mindkét elmélettel megegyezik – de egyértelműen a Mond a kedvenc. Ez a következő verziója Occam borotvája – hogy a legegyszerűbb megoldás jobb, mint a bonyolultabb megoldások, ilyenkor a jegyzeteket a lehető legkevesebb „szabad paraméterrel” kell magyaráznunk. A szabad paraméterek állandók – bizonyos számok, amelyeket egyenletbe kell írnunk, hogy működjenek. De maga az elmélet nem adott nekik – nincs ok arra, hogy bármiféle érték létezzen –, ezért azt megfigyeléssel kell mérnünk. Példa erre a G gravitációs állandó Newton gravitációs elméletében vagy magnitúdójában sötét anyag a standard kozmológiai modellen belüli galaxisokban.

Bevezettük az „elméleti rugalmasság” néven ismert fogalmat, hogy megragadjuk az Occam kódja mögött meghúzódó gondolatot, miszerint a legtöbb szabad paraméterrel rendelkező elmélet az adatok szélesebb skálájával konzisztens, így összetettebb. Áttekintésünkben ezt a koncepciót használtuk, amikor a Standard és Mond kozmológiai modellt különböző csillagászati ​​megfigyelések, például galaxisok forgása és galaxishalmazokon belüli mozgások alapján teszteltük.

Minden alkalommal -2 és +2 közötti elméleti rugalmassági pontszámot adtunk. A -2-es pontszám azt jelzi, hogy a modell egyértelmű és pontos előrejelzést ad az adatok megtekintése nélkül. Ezzel szemben a +2 azt jelenti, hogy „bármi megy” – a teoretikusok szinte bármilyen ésszerű megfigyelési eredményt beilleszthettek volna (mivel annyi szabad paraméter van). Azt is felmértük, hogy az egyes modellek mennyire illeszkednek a megfigyelésekhez, ahol a +2 a kiváló illeszkedést jelöli, a -2 pedig az olyan megfigyelések számára van fenntartva, amelyek egyértelműen azt mutatják, hogy az elmélet hamis. Ezután levonjuk az elméleti rugalmasság mértékét a megfigyelésekkel való megegyezés mértékéből, mivel az adatok jó párosítása jó, de az, hogy bármit illeszthetünk, rossz.

Egy jó elmélet egyértelmű előrejelzéseket adna, amelyeket később megerősítettek, és több különböző teszt +4 együttes pontszáma jobb lenne (+2 – (- 2) = +4). A rossz elmélet 0 és -4 közötti pontszámot kap (-2 – (+ 2) = -4). A pontos előrejelzések ebben az esetben meghiúsulhatnak – és nem valószínű, hogy rossz fizikával működnek.

A Standard Kozmológiai Modell átlagos pontszáma 32 teszt során -0,25, míg a Mond 29 teszt során +1,69 átlagpontszámot ért el. Az egyes elméletek pontszámait számos különböző teszten az alábbi 1. és 2. ábra mutatja a Standard és Mond kozmológiai modellhez.

1.ábra. A szabványos kozmológiai modell összehasonlítása megfigyelésekkel, amelyek azon alapulnak, hogy az adatok mennyire illeszkednek az elmélethez (alulról felfelé történő optimalizálás), és mennyire rugalmasak az illeszkedésben (balról jobbra magasság). Az üreges kört nem vesszük figyelembe az értékelésünkben, mivel ezeket az adatokat használtuk a szabad paraméterek beállításához. Áttekintésünk 3. táblázatából reprodukálva. hitel: Arxiv

2. ábra. Az 1. ábrához hasonlóan, de a Mond-ok esetében a virtuális részecskékkel, amelyek csak a gravitáció hatására lépnek kölcsönhatásba, ezeket steril neutrínóknak nevezik. Vegye figyelembe, hogy nincs nyilvánvaló hamisítás. Áttekintésünk 4. táblázatából reprodukálva. hitel: Arxiv

Azonnal világos, hogy a Mond esetében nem azonosítottak jelentősebb problémákat, amelyek legalábbis ésszerűen megegyeznek az összes adattal (megjegyezzük, hogy a 2. ábrán a hamisítást jelző alsó két sor üres).

sötét anyag problémák

A Standard Kozmikus Modell egyik legszembetűnőbb kudarca a „sávgalaxisokhoz” kapcsolódik – a csillagokból álló fényes, rúd alakú régiókhoz –, amelyekben gyakran spirálgalaxisok találhatók a központi tartományukban (lásd a fő képet). A rudak idővel forognak. Ha a galaxisok hatalmas sötét anyag glóriákba ágyaznának be, rúdjaik lelassulnának. A megfigyelt galaktikus sávok többsége, ha nem az összes, gyors. ez hamisítvány Szabványos kozmológiai modell nagyfokú megbízhatósággal.

A másik probléma az eredeti modellek Nagy hibát követett el, hogy a javasolt galaxisok sötét anyag halókkal rendelkeznek – azt feltételezték, hogy a sötét anyag részecskéi gravitációt biztosítanak a körülöttük lévő anyagnak, de a közönséges anyag gravitációs ereje nem befolyásolja őket. Ez leegyszerűsíti a számításokat, de nem tükrözi a valóságot. Amikor ezt figyelembe vették a Későbbi szimulációk Világos volt, hogy a galaxisok körüli sötét anyag fényudvarok nem magyarázzák megbízhatóan tulajdonságaikat.

A standard kozmológiai modellnek sok más hibája is van, amelyeket áttekintésünkben megvizsgáltunk, és Mond gyakran képes volt magyarázta természetesen Megjegyzések. A Standard Kozmológiai Modell népszerűségének oka azonban a számítási hibák vagy a hibáinak korlátozott ismerete lehet, amelyek közül néhányat a közelmúltban fedeztek fel. Ennek oka lehet az is, hogy az emberek vonakodnak módosítani a gravitációelméletet, amely a fizika sok más területén olyan sikeres volt.

Mond nagy előnye a standard kozmológiai modellel szemben tanulmányunkban arra a következtetésre vezetett, hogy a rendelkezésre álló megfigyelések határozottan Mondnak kedveznek. Bár nem állítjuk, hogy a Mond tökéletes, mégis úgy gondoljuk, hogy ez korrigálja az összképet – a galaxisokból valóban hiányzik a sötét anyag.

Írta: Indranil Banik, az asztrofizika posztdoktori kutatója, a St Andrews-i Egyetem.

Ez a cikk először jelent meg Beszélgetés.

Hivatkozás: „A galaktikus rudaktól a Hubble feszültségig: a Melgromi gravitáció asztrofizikai bizonyítékainak mérlegelése
Írta: Indranil Banik és Hongsheng Zhao, 2022. június 27. Elérhető itt szimmetria.
DOI: 10,3390 / sym14071331