Naudodamiesi Niutono fizikos dėsniais, galime visiškai tiksliai modeliuoti planetų judėjimą Saulės sistemoje. Tačiau aštuntojo dešimtmečio pradžioje mokslininkai tai atrado Tai jam nepasiteisino disko galaktikos Žvaigždės savo išoriniuose kraštuose, toliau nuo visų jų centre esančios materijos gravitacinės jėgos, judėjo daug greičiau, nei prognozavo Niutono teorija.

Dėl to fizikai pasiūlė, kad nematoma medžiaga, vadinama „Juodoji medžiaga„Tai suteikė papildomą gravitacinę trauką, paskatinusias žvaigždes įsibėgėti – ši teorija tapo plačiai priimta. paskutinė apžvalga Mano kolegos ir aš siūlome, kad stebėjimai įvairiose skalėse yra daug geriau paaiškinami alternatyvioje gravitacijos teorijoje, vadinamoje Milgromio dinamika arba Mond – Nereikalauja jokios nematomos medžiagos. Pirmą kartą jį pasiūlė Izraelio fizikas Mordechai Milgromas 1982 m.

Pagrindinė Mondo prielaida yra ta, kad kai gravitacija tampa per silpna, kaip tai daroma netoli galaktikų krašto, ji pradeda elgtis kitaip nei Niutono fizika. Tokiu būdu tai įmanoma paaiškinti Kodėl daugiau nei 150 galaktikų pakraščiuose esančios žvaigždės, planetos ir dujos sukasi greičiau nei tikėtasi, remiantis tik jų matoma masė. Tačiau Mond yra ne tik paaiškinti Kaip ir sukimosi kreivės, daugeliu atvejų Tikėtis jie.

mokslo filosofai ginčytis Dėl šios prognozės galios Mondas pranašesnis už standartinį kosmologinį modelį, kuris rodo, kad visatoje yra daugiau tamsiosios medžiagos nei matomos medžiagos. Taip yra todėl, kad pagal šį modelį galaktikose yra labai neapibrėžtas tamsiosios medžiagos kiekis, kuris priklauso nuo galaktikos formavimosi detalių – apie ką mes ne visada žinome. Dėl to neįmanoma numatyti, kaip greitai sukasi galaktikos. Tačiau tokios prognozės reguliariai daromos su Mond, ir tai iki šiol buvo patvirtinta.

Įsivaizduokite, kad žinome matomos masės pasiskirstymą galaktikoje, bet dar nežinome jos sukimosi greičio. Standartiniame kosmologiniame modelyje būtų galima tik šiek tiek užtikrintai teigti, kad priemiestyje sukimosi greitis būtų nuo 100 km/s iki 300 km/s. Mond pateikia konkretesnę prognozę, kad sukimosi greitis turėtų būti 180–190 km/s.

Jei vėlesni stebėjimai atskleidžia 188 km/s sukimosi greitį, tai sutinka su abiem teorijomis, tačiau Mond yra akivaizdžiai mėgstamiausia. Tai naujausia versija Occamo skustuvas – kad paprasčiausias sprendimas yra geresnis už sudėtingesnius sprendimus, tokiu atveju pastabas turime paaiškinti kuo mažiau „laisvų parametrų“. Laisvieji parametrai yra konstantos – tam tikri skaičiai, kuriuos turime įvesti į lygtis, kad jos veiktų. Tačiau pati teorija jų nesuteikė – nėra jokios priežasties egzistuoti kokiai nors ypatingai vertei – todėl turime ją išmatuoti stebint. Pavyzdys yra gravitacinė konstanta G pagal Niutono gravitacinę teoriją arba dydį Juodoji medžiaga galaktikose pagal standartinį kosmologinį modelį.

Mes pristatėme sąvoką, vadinamą „teoriniu elastingumu“, siekdami užfiksuoti „Occam“ kodo idėją, kad teorija, turinti daugiausiai laisvų parametrų, atitinka didesnį duomenų spektrą, todėl ji tampa sudėtingesnė. Savo apžvalgoje mes naudojome šią koncepciją, kai išbandėme standartinį ir Mondo kosmologinį modelį, palyginti su įvairiais astronominiais stebėjimais, tokiais kaip galaktikų sukimasis ir judesiai galaktikų spiečių viduje.

Kiekvieną kartą mes suteikėme teorinį elastingumo balą nuo -2 iki +2. -2 balas rodo, kad modelis aiškiai ir tiksliai prognozuoja nežiūrėdamas į duomenis. Ir atvirkščiai, +2 reiškia „viskas tinka“ – teoretikai galėjo pritaikyti beveik bet kokį pagrįstą stebėjimo rezultatą (nes yra tiek daug laisvų parametrų). Taip pat įvertinome, kaip kiekvienas modelis atitinka stebėjimus, kur +2 rodo puikų atitikimą, o -2 yra skirta stebėjimams, kurie aiškiai rodo, kad teorija yra klaidinga. Tada atimame teorinio lankstumo laipsnį iš suderinimo su stebėjimais laipsnio, nes gerai suderinti duomenis yra gerai, bet jei įmanoma, kad viskas atitiktų, tai yra blogai.

Gera teorija sudarytų aiškias prognozes, kurios vėliau pasitvirtintų, o bendras daugelio skirtingų testų rezultatas +4 būtų geresnis (+2 – (- 2) = +4). Bloga teorija gaus balą nuo 0 iki -4 (-2 – (+ 2) = -4). Šiuo atveju tikslios prognozės gali nepasisekti – ir mažai tikėtina, kad jos veiks su neteisinga fizika.

Mes nustatėme, kad standartinio kosmologinio modelio vidutinis balas -0,25 per 32 testus, o Mondas pasiekė +1,69 vidurkį per 29 testus. Kiekvienos teorijos balai daugelyje skirtingų testų parodyti 1 ir 2 paveiksluose, atitinkamai pagal standartinį ir Mond kosmologinį modelį.

Figūra 1. Standartinio kosmologinio modelio palyginimas su stebėjimais, pagrįstais duomenų atitikimu teorijai (optimizavimas iš apačios į viršų) ir jo lankstumu (aukštis iš kairės į dešinę). Mūsų vertinime į tuščiavidurį apskritimą neatsižvelgiama, nes šie duomenys buvo naudojami laisviems parametrams nustatyti. Atkurta iš mūsų apžvalgos 3 lentelės. kreditas: Arxiv

2 pav. Panašiai kaip 1 paveiksle, bet Monde su virtualiomis dalelėmis, kurios sąveikauja tik gravitacijos dėka, jos vadinamos steriliais neutrinais. Atkreipkite dėmesį, kad akivaizdaus klastojimo nėra. Atkurta iš mūsų apžvalgos 4 lentelės. kreditas: Arxiv

Iš karto aišku, kad reikšmingų Mondo problemų nenustatyta, o tai bent jau pagrįstai sutinka su visais duomenimis (atkreipkite dėmesį, kad 2 paveiksle apatinės dvi eilutės, rodančios klastojimą, yra tuščios).

tamsiosios medžiagos problemos

Vienas ryškiausių standartinio kosminio modelio gedimų yra susijęs su „juostinėmis galaktikomis“ – ryškiomis, lazdelės formos sritimis, sudarytomis iš žvaigždžių, kurių centriniuose regionuose dažnai randamos spiralinės galaktikos (žr. pagrindinį paveikslėlį). Laikui bėgant strypai sukasi. Jei galaktikos būtų įterptos į didžiulius tamsiosios medžiagos aureoles, jų strypai sulėtėtų. Tačiau dauguma, jei ne visos, stebimos galaktikos juostos yra greitos. tai yra netikras Standartinis kosmologinis modelis su dideliu pasitikėjimu.

Kita problema yra ta originalūs modeliai Tai, kad siūlomos galaktikos turi tamsiosios medžiagos aureoles, padarė didelę klaidą – jie manė, kad tamsiosios medžiagos dalelės suteikia gravitaciją jas supančiai medžiagai, tačiau joms nedaro įtakos įprastos materijos gravitacinė trauka. Tai supaprastina skaičiavimus, bet neatspindi tikrovės. Kai į tai buvo atsižvelgta Vėlesnės simuliacijos Buvo aišku, kad tamsiosios medžiagos aureolės aplink galaktikas negali patikimai paaiškinti jų savybių.

Yra daug kitų standartinio kosmologinio modelio gedimų, kuriuos apžvelgėme savo apžvalgoje, ir Mondas dažnai galėjo paaiškino natūraliai Pastabos. Tačiau priežastis, kodėl standartinis kosmologinis modelis yra toks populiarus, gali būti dėl skaičiavimo klaidų arba ribotų žinių apie jo gedimus, kai kurie iš jų buvo atrasti neseniai. Taip pat gali būti dėl žmonių nenoro keisti gravitacijos teoriją, kuri buvo tokia sėkminga daugelyje kitų fizikos sričių.

Didelis Mondo pranašumas prieš standartinį kosmologinį modelį mūsų tyrime leido padaryti išvadą, kad turimi stebėjimai labai palankūs Mondui. Nors neteigiame, kad Mond yra tobulas, vis tiek manome, kad tai pataiso bendrą vaizdą – galaktikoms tikrai trūksta tamsiosios materijos.

Parašė Indranilas Banikas, Sent Andrews universiteto astrofizikos mokslo darbuotojas.

Šis straipsnis pirmą kartą buvo paskelbtas m Pokalbis.

Nuoroda: „Nuo galaktikos strypų iki Hablo įtampos: astrofizinių Melgromo gravitacijos įrodymų pasvėrimas
Indranil Banik ir Hongsheng Zhao, 2022 m. birželio 27 d. Galima čia simetrija.
DOI: 10.3390 / sym14071331