Современные теории могут не описывать нашу Вселенную очень точно. Фото предоставлено Брюссельским музеем изобразительных искусств и Институтом космического телескопа. нажмите, чтобы увеличить
Китайский астроном из университета Сент-Эндрюса усовершенствовал новаторскую теорию гравитации Эйнштейна, создав «простую» теорию, которая могла бы раскрыть темную тайну, которая сбивала с толку астрофизиков на протяжении трех четвертей века.
Новый закон гравитации, разработанный доктором Хонг Шенг Чжао и его бельгийским сотрудником Свободным университетом Брюсселя доктором Бенуа Фамаи, призван доказать, была ли теория Эйнштейна на самом деле верной и существует ли на самом деле астрономическая тайна Темной Материи. Их исследование было опубликовано 10 февраля в американском журнале Astrophysical Journal Letters. Их формула предполагает, что гравитация падает менее резко с расстоянием, как в Эйнштейне, и тонко меняется от солнечных систем к галактикам и вселенной.
Теории физики гравитации были впервые разработаны Исааком Ньютоном в 1687 году и уточнены общей теорией относительности Альберта Эйнштейна в 1905 году, чтобы позволить изгиб света. Хотя это самая ранняя из известных сил, гравитация все еще остается загадкой, а теории все еще не подтверждены астрономическими наблюдениями в космосе.
«Проблема» с золотыми законами Ньютона и Эйнштейна заключается в том, что, хотя они очень хорошо работают на Земле, они не объясняют движение звезд в галактиках и изгиб света точно. В галактиках звезды быстро вращаются вокруг центральной точки, удерживаемой на орбите гравитационным притяжением вещества в галактике. Однако астрономы обнаружили, что они движутся слишком быстро, чтобы удерживаться их взаимной гравитацией - поэтому недостаточно силы тяжести, чтобы удерживать галактики вместе, вместо этого звезды должны быть сброшены во всех направлениях!
Решение этой проблемы, предложенное Фрицем Цвикки в 1933 году, заключалось в том, что в галактиках было невидимое вещество, создающее достаточно гравитации, чтобы удерживать галактики вместе. Поскольку этот материал не излучает свет, астрономы называют его «Темной материей». Считается, что на его долю приходится до 90% вещества во Вселенной. Однако не все ученые принимают теорию Темной Материи. Конкурентное решение было предложено Моти Милгромом в 1983 году и поддержано Якобом Бекенштейном в 2004 году. Вместо существования невидимого материала Мильгром предположил, что астрономы понимают гравитацию неправильно. Он предположил, что причиной этого ускорения является увеличение гравитации обычной материи.
С тех пор теория Мильгрома была разработана рядом астрономов, и д-р Чжао и д-р Фамей предложили новую формулировку своей работы, которая преодолевает многие из проблем, с которыми сталкивались предыдущие версии.
Они создали формулу, которая позволяет гравитации непрерывно изменяться в различных масштабах расстояний и, что наиболее важно, соответствует данным для наблюдений галактик. В равной степени соответствовать данным галактики в конкурирующей парадигме Dark Matter будет так же сложно, как уравновесить шарик на игле, что побудило двух астрономов взглянуть на альтернативную гравитационную идею.
Легенда гласит, что Ньютон начал думать о гравитации, когда яблоко упало ему на голову, но, по словам доктора Чжао, «не очевидно, как яблоко упало бы в галактике. Теория мистера Ньютона была бы несостоятельной - его яблоко вылетело бы из Млечного пути. Усилия по восстановлению яблока на красивой орбите вокруг галактики на протяжении многих лет привели к двум школам мысли: темная материя против неньютоновской гравитации. Частицы Темной Материи происходят от физики с прекрасной симметрией и прекрасно объясняют космологию; они имеют тенденцию быть везде. Настоящая загадка заключается в том, как держать их подальше от некоторых уголков вселенной. Также Dark Matter идет рука об руку с Dark Energy. Было бы красивее, если бы на все эти загадки был один простой ответ ».
Д-р Чжао, старший научный сотрудник PPARC в Университете Сент-Эндрюса, Школы физики и астрономии и член Шотландского университета физики (SUPA), продолжил: «Всегда существовал реальный шанс, что астрономы могут переписать закон гравитации. Мы создали новую формулу гравитации, которую мы называем «простой формулой», и которая фактически является усовершенствованием Милгрома и Бекенштейна. Пока что это согласуется с данными галактики, и если его предсказания будут дополнительно проверены для солнечной системы и космологии, это может раскрыть тайну Темной Материи. Возможно, мы сможем ответить на общие вопросы, такие как правильность теории гравитации Эйнштейна и существует ли так называемая Темная материя ».
«Неньютоновская теория гравитации теперь полностью определяется на всех масштабах гладкой непрерывной функцией. Соученики готовы фальсифицировать. Настало время сохранять открытость для новых полей, предсказанных в нашей формуле, пока мы продолжаем поиск частиц Темной Материи ».
Новая формула будет представлена на международном семинаре в Королевской обсерватории Эдинбурга в апреле, где будет предоставлена возможность проверить и обсудить переработанную теорию. Доктор Чжао и доктор Фамей продемонстрируют свою новую формулу аудитории экспертов Dark Matter и гравитации из десяти разных стран.
Д-р Фамей прокомментировал: «Возможно, что ни модифицированная теория гравитации, ни теория Темной Материи, как они сформулированы сегодня, не решат всех проблем галактической динамики или космологии. В принципе, истина может лежать между ними, но весьма вероятно, что мы упускаем что-то фундаментальное в гравитации, и что для решения всех этих проблем потребуется радикально новый теоретический подход. Тем не менее, наша формула настолько привлекательна, что заманчиво рассматривать ее как часть еще неизвестной фундаментальной теории. Все данные галактики, кажется, объясняются без особых усилий ».
Источник: пресс-релиз PPARC
