Newton és Einstein alacsony gyorsulási elméletének összeomlása

A széles binárisok orbitális mozgásának tanulmányozása bizonyítékokat tárt fel arra vonatkozóan, hogy a skaláris gravitáció kis gyorsulásnál összeomlik. A felfedezés összhangban van a MOND nevű módosított elmélettel, és megkérdőjelezi a sötét anyag jelenlegi elképzeléseit. Az asztrofizikára, a fizikára és a kozmológiára gyakorolt ​​hatása mélyreható, és az eredményeket a terület szakértői fontos felfedezésnek ismerték el.

Egy új tanulmány meggyőző bizonyítékokról számol be az alsó gyorsulási határnál rekordmértékű gravitációs összeomlásról, amely hosszú, nagy távolságú kettős csillagok keringési mozgásának igazolható elemzéséből adódik. Ezeket a csillagokat általában széles binárisoknak nevezik a csillagászatban és az asztrofizikában. A vizsgálatot Kyu-Hyun Chae, a szöuli Sejong Egyetem fizika és csillagászata professzora végezte, és 650 fényéven (LY) belül 26 500 széles binárist használtak fel, amelyeket az Európai Űrügynökség Gaia űrteleszkópja észlelt.

módszertan

A többi kutatáshoz képest jelentős javulás érdekében Chai tanulmánya a kettőscsillagok gravitációs gyorsulásának kiszámítására összpontosított a szétválásuk, vagy ezzel egyenértékű keringési periódusuk függvényében. Ezt a megfigyelt égbolt-vetületi mozgások háromdimenziós térbe történő Monte Carlo-vetítésével érték el.

Zhai így magyarázza: „Kezdettől fogva egyértelműnek tűnt számomra, hogy a gravitációt közvetlenül és hatékonyan meg lehet tapasztalni a gyorsulás kiszámításával, mivel maga a gravitációs mező is egy gyorsulás. A galaktikus forgási görbékkel kapcsolatos legújabb kutatási tapasztalataim vezettek ehhez az ötlethez. Galaktikus korongok és a széles binárisok pályáikon hasonlóságokat mutatnak.” , bár a széles binárisok nagyon hosszú pályákat követnek, míg a hidrogéngáz molekulák egy galaktikus korongban csaknem körkörös pályát követnek.”

Ezen túlmenően, Chae kalibrálta a rejtett zavaró belső diódák előfordulási arányát standard gyorsulásnál, ellentétben más tanulmányokkal.

Balra: kettős csillagrendszer egy átfedő belső binárissal (Kiadó: Wikipédia). Jobbra: 20 000 széles binárisban megfigyelt gravitációs anomália kis gyorsulás mellett. Köszönetnyilvánítás: Kyu-Hyun Chae

a leleteket

A tanulmány feltárta, hogy amikor két csillag másodpercenként egy nanométernél kisebb gyorsulással kering egymás körül, elkezdenek eltérni Newton egyetemes gravitációs törvényének és Einstein általános relativitáselméletének előrejelzéseitől. Körülbelül 0,1 nanométer/másodperc-négyzet alatti gyorsulások esetén a megfigyelt gyorsulás körülbelül 30-40 százalékkal nagyobb, mint a Newton-Einstein-jóslat. Jelentősége jelentős, és megfelel a tudományos felfedezés hagyományos 5 szigma kritériumának. Egy 20 000 széles diódából álló mintában 650 LY távolsághatáron belül két független gyorsítótörzs 5 szigmánál nagyobb szignifikancia eltérést mutat ugyanabban az irányban.

Mivel a megfigyelt, körülbelül 10 nanométer/másodperc-négyzetnél erősebb gyorsulás jól egyezik az ugyanebből az elemzésből származó Newton-Einstein-jóslattal, az alacsonyabb gyorsulásoknál megfigyelt gyorsulásnövekedés rejtély. Érdekes módon a Newton-Einstein-elmélet leggyengébb gyorsulás melletti összeomlását 40 évvel ezelőtt Mordehai Milgrom elméleti fizikus javasolta az izraeli Weizmann Intézetben egy új elméleti keretben, amelyet Módosított Newtoni dinamikának (MOND) vagy a jelenlegi használatban Milgrom-dinamikának neveznek.

MOND csatlakozás

A körülbelül 1,4-es fokozási tényezőt helyesen jósolta meg a MOND-típusú Lagrange-féle AQUAL gravitációs elmélet, amelyet Milgrom és Jacob Bekenstein néhai fizikus javasolt. Ami figyelemre méltó, hogy a megfelelő erősítési tényezőhöz a külső tér befolyása szükséges Tejút Galaxy, egy egyedülálló MOND-módosított gravitációs előrejelzés. Így a kiterjedt bináris adatok nemcsak a newtoni dinamika összeomlását jelzik, hanem a modulált gravitáció külső térhatásának megnyilvánulását is.

Chai Insight

Az eredményekről Chai így nyilatkozott: „Lehetetlennek tűnik, hogy valamilyen ismeretlen összeesküvés vagy módszertan okozhatta a skaláris gravitáció ilyen gyorsulásmérőtől függő összeomlását az AQUAL-lal egyetértésben. Megvizsgáltam az összes szisztematikát, ahogyan a meglehetősen hosszú írásban leírtam. Az eredmények Valóságosak. Arra számítok, hogy az eredményeket a jövőben jobb és nagyobb adatokkal erősítik meg és finomítják. Az átláthatóság kedvéért és minden érdeklődő kutató kiszolgálása érdekében az összes kódomat kiadtam.”

Hatások és korlátozások

Ellentétben a galaktikus forgási görbékkel, ahol a megfigyelt fokozott gyorsulás elméletileg a sötét anyagnak tulajdonítható a standard Newton-Einstein-gravitációban, a széles bináris dinamikát még akkor sem tudták befolyásolni, ha jelen vannak. A szabványos gravitáció egyszerűen a MOND keretrendszer szerinti gyenge gyorsulási határba esik.

A széles bináris dinamika következményei mélyrehatóak az asztrofizikában, az elméleti fizikában és a kozmológiában. A Merkúr pályáján a 19. században megfigyelt eltérések végül Einstein általános relativitáselméletéhez vezettek. A széles binárisokban lévő eltérések új elméletet igényelnek, amely kiterjeszti az általános relativitáselméletet a MOND alacsony gyorsulási határértékére.

A newtoni gravitáció minden sikeréhez az általános relativitáselmélet elengedhetetlen az olyan relativisztikus gravitációs jelenségekhez, mint a fekete lyukak és gravitációs hullámok. Ugyanígy, az általános relativitáselmélet minden sikere ellenére, új elméletre van szükség a gyenge gyorsulási határban lévő MOND-jelenséghez. A gyenge gravitációs gyorsulás kataklizmája némileg hasonlíthat a klasszikus elektrodinamika ultraibolya kataklizmájához, amely a kvantumfizikához vezetett.

Forradalom a fizikában

A széles bináris aberrációk katasztrofálisak a standard gravitáció és a sötét anyag és a sötét energia fogalmain alapuló kozmológia szempontjából. Mivel a gravitáció követi a MOND-ot, a galaxisokban (és még az Univerzumban is) lévő nagy mennyiségű sötét anyagra már nincs szükség. Ez nagy meglepetés Chai számára, aki a normális tudósokhoz hasonlóan néhány évvel ezelőttig „hitt” a sötét anyagban.

Úgy tűnik, hogy a fizikában új forradalom zajlik. A jelenlegi eredményekről és a jövőbeli kilátásokról Milgrom azt mondja: „A Chai felfedezése a legkorszerűbb adatok nagyon mélyreható elemzésének eredménye, amelyet, amennyire meg tudom ítélni, nagy körültekintéssel és pontossággal végezték el. De egy ilyen messzemenő felfedezéshez – és valójában messzemenő is – független elemzésekre van szükségünk, lehetőleg jobb jövőbeli adatokkal. Ha ez az anomália a newtoni dinamika összeomlásaként igazolódik, és különösen, ha valóban egyetért a MOND legközvetlenebb jóslataival, óriási következményekkel járna az asztrofizikára, a kozmológiára és általában az alapvető fizikára.”

Peer vélemények

Xavier Hernandez, a mexikói UNAM professzora, aki egy évtizeddel ezelőtt javasolta először kiterjedt bináris gravitációs teszteket, azt mondja: „Izgalmas, hogy a newtoni gravitációtól való eltérés, amelyet csoportom egy ideje állított, függetlenül megerősítette, és ez lenyűgöző. hogy ezt azonosították.” Első alkalommal induljon helyesen, mivel pontosan megfelel egy részletes MOND-modellnek.Soha nem látott Pontosság A Gaia műholdról származó Chae nagy és gondosan kiválasztott mintája és részletes elemzése elég erőssé teszi eredményeit ahhoz, hogy felfedezésnek minősüljön.”

Pavel Krupa, a Bonni Egyetem és a Prágai Károly Egyetem professzora ugyanerre a következtetésre jutott a gravitáció törvényét illetően. Azt mondja: „Ezzel a széles binárison végzett teszttel, valamint a Naphoz közeli nyílt csillaghalmazokon végzett tesztekkel az adatok most meggyőzően azt mutatják, hogy a gravitáció inkább milgromi, mint newtoni. Ennek az egész asztrofizikára nézve óriási a következménye.”

A felfedezést a 2023. augusztus 1-i számában tették közzé a Astrophysical Journal.

Hivatkozás: „Rekord Newton-Einstein gravitációs összeomlás kis gyorsulásoknál a masszív bináris csillagok belső dinamikájában”, Kyu Hyun-chae, 2023. július 24., elérhető itt. Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/ace101