Tweeter button Facebook button Youtube button

Не поменять ли нам законы Ньютона?

17/04/2012
By

print
Исаак Ньютон и Мордехай Мильгром

Исаак Ньютон и Мордехай Мильгром

В хороводе карликовых галактик вокруг Млечного Пути нашёлся парадокс, необъяснимый с точки зрения механики и теории «тёмного вещества». Астрономы считают его сильным свидетельством в пользу спорной теории МоНД, требующей уточнения второго закона Ньютона.

Ещё в 30-х годах прошлого века работавший в США швейцарский астроном Фриц Цвикки заметил, что в самых крупных известных на тот момент структурах Вселенной – скоплениях галактик – чего-то не хватает. Отдельные галактики в этих скоплениях двигались так быстро, что суммарной массы составляющих их звёзд не хватало, чтобы удержать систему связанной, и если бы не какая-то «скрытая масса», эти скопления давно бы разлетелись в разные стороны.

Что представляет собой «скрытая масса», Цвикки не знал и так и не узнал до конца своей жизни. Это мог быть не превратившийся в звёзды газ, пыль, какие-то другие слабо светящиеся объекты. Никаких указаний на её природу не было, а встречалась она, казалось, лишь в галактических скоплениях.

По прошествии 40 лет астрономы снова встретились со «скрытой массой». Сначала учёные из эстонской Тартуской обсерватории под руководством Яана Эйнасто, а затем и американка Вера Рубин с коллегами показали, что массы недостаёт и во внешних областях галактик. Как и галактики в скоплениях, звёзды в галактиках тоже двигались быстрее, чем им было положено, и их тоже, видимо, должно было удерживать что-то «лишнее». Эйнасто тут же сообразил, что именно внешние гало галактик (тогда их называли «коронами», как солнечную корону) и могут быть вместилищем недостающего вещества.

Примерно в то же время дополнительная материя понадобилась и другим теоретикам – тем, кто занимался вопросами образования иерархии космических структур – от звёзд и галактик до гигантских скоплений и крупномасштабных «нитей» и «стенок», вдоль которых расположены скопления. Из расчётов получалось, что массы видимого вещества категорически не хватает, чтобы эти структуры выросли за время жизни Вселенной. Здесь тоже нужно было что-то дополнительное, лишнее, и нужно его было много – в разы больше, чем всего видимого вещества.

К началу 1980-х годов эта проблема – «скрытой массы», или «тёмного вещества», – встала в астрономии во весь рост.

И, по сути, остаётся проблемой до сегодняшнего дня. Что это такое, до сих пор никто не знает, хотя и недостатка в гипотезах на этот счёт не наблюдается.

Доминирующей точкой зрения остаётся та, согласно которой тёмную материю составляют массивные элементарные частицы, по какой-то причине очень слабо взаимодействующие с обычным веществом. Устройство мира этих тёмных частиц остаётся тайной за семью печатями, потому что и наши приборы, сделанные из «обычного» вещества, с этим миром почти не соприкасаются. Его частицы не испускают и не поглощают свет, проходят насквозь через звёзды, планеты и наши тела, не взаимодействуя с «нормальными» атомами.

 

«Тёмная сила» новой физики

В двух крупных экспериментах появились признаки «новой физики». Адронный коллайдер «Тэватрон» зафиксировал рождение частиц там, где они не должны рождаться, а космический эксперимент...

Заметить их мы можем только по гравитационному притяжению с их стороны – например, в галактиках и их скоплениях, где плотность звёзд очень низка; почувствовать их притяжение на Земле и в её ближайших окрестностях не получается, потому что здесь слишком много обычного вещества, на фоне притяжения которого притяжение скрытой массы просто теряется. Впрочем, в последние месяцы появилось сразу несколько экспериментальных результатов, в которых, не исключено, проявилась именно внутренняя – и совсем нетривиальная – структура мира этой тёмной материи. Развитие этой области науки идёт стремительно, и здесь пока очень сложно отделять зёрна от плевел, а здание «новой физики» – от «лесов» математических конструкций, при помощи которых это здание возводится.

Вместе с тем, есть и радикально иная точка зрения на проблему: если законы движения звёзд и галактик предсказывают больше вещества, чем мы видим, – может, проблема не в веществе и нашем зрении, а в самих законах?

При этом речь не идёт даже о законах теории относительности Эйнштейна. Для описания движения звёзд во внешних областях галактик вполне достаточно приближения ньютоновой механики – закона гравитации Ньютона и второго закона его же динамики, так что с ними и предлагается поспорить. Сторонники этой точки зрения вполне резонно замечают, что экспериментально эти законы никогда не проверялись ни на таких огромных расстояниях, которые имеют место в галактиках, ни при таких крохотных ускорениях, что испытывают звёзды, движущиеся на их границах. Что если эти законы нужно модифицировать?

Попытки «поиграться» с формой закона тяготения предпринимались неоднократно, однако ничего путного из них не вышло. То, казалось бы, успешная модификация вдруг спотыкалась о давно установленный в пределах Солнечной системы факт, то предложенный закон делал предсказания чего-то ненаблюдаемого. Чаще же всего они просто не выполняли своего предназначения – необходимость привлечь «тёмную материю», которую выгнали в дверь, начинала маячить в окне новых наблюдений.

Наконец, в начале 1980-х годов израильский астрофизик Мордехай Мильгром осмелился «покуситься на святое» – он предположил, что менять надо не закон тяготения, а второй закон Ньютона, по которому ускорение тела равно приложенной к нему силе, поделённой на его массу.

Мильгром показал, что если при низких ускорениях силе пропорционально не само ускорение, а его квадрат, то движение внешних областей галактик и их скоплений тут же находят объяснение – безо всякой тёмной материи.

 

Модифицированная ньютонова динамика (МоНД)

- спорная теория, предполагающая уточнение законов механики в режиме предельно низких ускорений. По II закону Ньютона, ускорение, например, планеты Солнечной системы a равно силе притяжения F к Солнцу,...

Более того, из «модифицированной ньютоновой динамики» (МоНД) Мильгрома совершенно естественным и очевидным образом вытекали и ещё несколько эмпирических законов, связывающих различные характеристики галактик, над объяснением которых астрономы долго ломали головы. Из-за этих успехов и шанса избежать неведомой «тёмной материи» астрономы, выражаясь современным языком, «повелись» на мильгромовский МоНД, и среди астрономов эта теория обсуждается если и не наравне с доминирующими представлениями о наличии тёмной материи, то, по крайней мере, всерьёз.

Стоит отметить, что отношение к МоНДу среди физиков-теоретиков совсем иное – для большей части из них это ересь почти того же порядка, что светоносный эфир или торсионные двигатели. И их можно понять: например, релятивистскую, то есть удовлетворяющую выраженным теорией относительности представлениям о симметрии пространства-времени, версию МоНДа пришлось ждать 20 лет. Израильский физик-теоретик мексиканского происхождения Якоб Бекенштейн опубликовал соответствующую теорию (тензорно-векторно-скалярную гравитацию, ТеВеС) лишь в 2004 году. А до того момента все рассуждения Мильгрома и его коллег физики-теоретики воспринимали примерно так же, как сегодняшние океанологи восприняли бы бубнёж об особенностях циркуляции вод в Индийском океане, опирающийся на модель плоской Земли.

Сейчас обсуждать МоНД стало делом более пристойным, и вот теперь вполне уважаемый профессор Павел Кроупа из Астрономического института имени Аргеландера при Боннском университете в Германии утверждает, что

ему и его коллегам удалось обнаружить парадокс, разрешение которого так или иначе требует отказа от ньютоновой механики.

О своей работе австралиец чешского происхождения Кроупа рассказал на ежегодном совместном общеевропейском и национальном астрономическом съезде (JENAM), который в 2009 году проходит в британском Хартфордшире.

Работа Кроупы, Мануэля Меца и Гельмута Ерьена посвящена карликовым галактикам, окружающим наш звёздный дом – гигантскую галактику Млечный Путь. Недостаток карликов в наблюдениях и так долгое время считался большой проблемой доминирующей космологической модели, но в последнее время проблема, кажется, потихоньку снимается.

Пример – и не самый радикальный – внешнего вида карликовой галактики на небе. Карлик в созвездии Дракона (Draco) еле-еле выделяется на фоне более близких к нам звёзд нашей Галактики, Млечного Пути. // M.Schirmer/U.Bonn

Пример – и не самый радикальный – внешнего вида карликовой галактики на небе. Карлик в созвездии Дракона (Draco) еле-еле выделяется на фоне более близких к нам звёзд нашей Галактики, Млечного Пути. // M.Schirmer/U.Bonn

Самая легкая галактика

У галактик обнаружилась минимальная масса – какой бы крохотной на вид она не казалась, она не может быть легче 10 миллионов масс Солнца. Весь недобор звёздной массы компенсирует тёмная...

Обнаружить их довольно сложно, потому что на фотографиях неба карликовые галактики не выделяются на фоне мириад светил нашей звёздной системы – их удаётся идентифицировать лишь тогда, когда выясняется, что у всех этих звёзд одинаковые физические и кинематические характеристики. Лишь благодаря исполинскому Слоановскому цифровому обзору неба (SDSS) их количество в последнее время начало приближаться к предсказаниям теории.

Кроупа и его коллеги заметили, что значительная часть карликовых галактик, особенно далёких, располагаются примерно в одной плоскости вокруг Млечного Пути и вращаются в одну и ту же сторону, как планеты Солнечной системы вокруг Солнца. Теория тёмной материи предсказывает, что распределение должно быть более или менее изотропным и уж в любом случае в нём не должно быть выделенной оси вращения.

Этот парадокс можно разрешить, если предположить, что указанные карлики – это ошмётки более крупной галактики, поглощённой Млечным Путём миллиарды лет назад. Однако в таком случае в них не должно быть никакой тёмной материи: ободранные с краёв поглощаемой крупной галактики звёзды отваливались от неё без «хвоста» из тёмной материи. Это, в свою очередь, напрямую противоречит другим наблюдениям: звёзды по краям карликов движутся слишком быстро, чтобы их могло удержать притяжение других звёзд.

Иначе говоря, если работают законы Ньютона и есть тёмная материя, тогда там, где она есть по законам Ньютона, её быть не должно.

По мнению Кроупы и его коллег, из этого парадокса один выход – отказаться от ньютоновой механики.

По словам учёных, стыдиться этого нечего. В истории физики уже были случаи, когда ньютонову механику применяли в тех режимах, где она не была экспериментально проверена – например, на очень высоких скоростях или в очень маленьких масштабах, и это приводило к парадоксам. Именно так возникли теория относительности и квантовая механика. Возможно, пора уточнить ньютонову механику и в режиме очень низких ускорений.

Источник kossmo.com

Tags: , , , , , , , ,

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

amplifier for 8 speakers
Алёна Петрова

ПОПУЛЯРНЫЕ

В началоВ начало
sonos multi-room music system zonebridge br100 sonos multi room music system zoneplayer zp120 + zp90 sonos multi-room music system zone bridge br100 box multi room speaker system airplay apple multi room speaker system