Альтернативная теория гравитации

Модифицированная ньютоновская динамика (MOND) – альтернативная теория гравитации, предлагающая изменение в законе тяготения Ньютона, объясняющее вращение галактик без привлечения тёмной материи.

Недавно астрономы сделали очередное открытие, способное подвергнуть сомнению одну из самых известных теорий Эйнштейна. Они изучали рассеянное звездное скопление.  Такие скопления представляют собой огромные космические «шары», состоящие из тысяч молодых звезд. Живут недолго и, в конечном итоге, медленно рассеиваются.В ходе распада вокруг скопления образуется два «хвоста», постепенно превращая «шар» звездного скопления в дисперсию из звезд в форме линии.

Согласно общей теории относительности Эйнштейна, шансы любой звезды попасть в любой из хвостов равны. Однако наблюдения одного из скоплений показывают, что в одном хвосте значительно больше звезд, чем в другом. Очевидно, что в скоплении происходит нечто странное с гравитацией. Эти странности объясняет теория модифицированной ньютоновской динамики (MOND).

MOND была предложена Мордехаем Милгромом в 1983 году для того, чтобы смоделировать наблюдаемые постоянные скорости вращения звезд в галактиках. Милгром заметил, что ньютоновская сила гравитации подтверждена только для относительно больших ускорений, и предположил, что для малых ускорений Закон всемирного тяготения может не работать. MOND устанавливает, что ускорение зависит нелинейно от создающей его массы для малых ускорений.

MOND стоит особняком от широко распространённых и практически общепринятых теорий тёмной материи,которые предполагают наличие в каждой галактике ещё не определённого типа материи. Темная материя обеспечивает распределение массы, отличное от наблюдаемого для обычного вещества.Она концентрируется в так называемом«гало» и своим гравитационным притяжением обеспечивает почти постоянную скорость вращения внешних видимых частей галактик.

Наблюдения скорости вращения спиральных галактик начались в 1978 году. В начале 1980-х было ясно, что галактики не демонстрируют ту же картину снижения орбитальной скорости с увеличением расстояния от центра масс, которая наблюдается в Солнечной системе. Спиральная галактика состоит из утолщения из звёзд в центре и огромного диска из звезд, вращающихся вокруг этой центральной группы. Если орбиты звёзд подчиняются исключительно силе тяготения от наблюдаемого распределения обычного вещества, как предполагалось, то — звёзды на внешнем крае диска должны были иметь значительно более низкую среднюю орбитальную скорость, чем звёзды в середине. В наблюдаемых же галактиках эта закономерность не прослеживается (рис.1).

Пунктирной кривой на рис. 1 слева показана предсказанная орбитальная скорость, как функция расстояния от центра галактики без учёта MOND и/или тёмной материи. Сплошной кривой B показано наблюдаемое распределение. Вместо того чтобы снизиться асимптотически до нуля, эта кривая, несмотря на ослабевание действия гравитации видимой материи, остаётся пологой, а в большом числе случаев и возрастает при увеличении расстояния от центра.

Учёные предположили, что выравнивание кривых вращения галактик вызывается веществом, находящимся за пределами видимого диска галактик. Поскольку все крупные галактики показывают те же характеристики, крупные галактики должны, согласно этим рассуждениям, быть окутаны невидимой «тёмной материей».

В соответствии с теорией модифицированной ньютоновской динамики каждый физический процесс, который включает малые ускорения, будет иметь результат, отличающийся от того, что предсказан простым уравнением. Таким образом, астрономы должны обнаружить все эти процессы, и убедиться, что MOND согласуется с наблюдениями.

В пределах известных данных для галактик MOND остаётся в силе. Что касается Млечного Пути, то он усеян облаками газа и межзвездной пыли, и из-за этого до сих пор нет возможности определить надёжно кривую вращения галактики. И, наконец, было слишком много неясностей с определением скоростей галактик внутри скоплений и крупных систем, чтобы сделать выводы в пользу или против MOND. Действительно, условия для проведения эксперимента, который мог бы подтвердить или опровергнуть MOND, существуют лишь за пределами Солнечной системы. Тем не менее, была предложена пара близких к Земле испытаний MOND: одна из них связана с полетом космического аппарата LISA Pathfinder через седловую точку Земля – Солнце.Другой предполагает использование точно контролируемого вращающегося диска, чтобы убрать из ускорения эффект вращения Земли вокруг Солнца, и вращения Солнца вокруг центра галактики; если бы удалось выполнить какой-либо из этих опытов, и если MOND справедлива, то это было бы шагом вперёд к ускорениям очень низких уровней, необходимых для MOND.

В поисках наблюдений для проверки своей теории Милгром заметил, что особый класс объектов — галактики с низкой поверхностной яркостью (LSB, Low surface brightness galaxy), представляет особый интерес: почти все звезды находятся в пределах пологой части кривой вращения. Действительно, большинство наблюдаемых LSB соответствуют кривой вращения, предсказанной MOND.

Кроме LSB, ещё одной проверкой MOND является предсказание скорости галактик, вращающихся вокруг центра скоплений галактик (например, наша галактика является частью сверхскопления Девы).

Компьютерное моделирование показало, что MOND, как правило, довольно точна в прогнозировании отдельных кривых вращения галактик для всех видов галактик: спиральных, эллиптических, карликовых и т. д. Однако MOND и подобные MOND теории не так хороши в масштабах скоплений галактик или космологических структур.

Тест, который обнаружил бы какие-либо частицы тёмной материи, такие как, например, вимпы, мог бы опровергнуть MOND.

В 2011 году профессор астрономии  Университета Мэриленда Стейси Макго проверил вращение богатых газом галактик, которые имеют относительно меньшее число звёзд, так что большая часть их массы сосредоточена в межзвёздном газе. Это позволило более точно определить массу галактик, поскольку вещество в форме газа легче увидеть и измерить, чем вещество в виде звёзд или планет. Макго исследовал выборку из 47 галактик и сравнил массу и скорости вращения каждой с величинами, прогнозируемыми MOND. Все 47 галактик соответствовали или оказались очень близки к прогнозам MOND; классическая модель тёмной материи выполнялась хуже.

С другой стороны, во время исследований 2011 года по наблюдению в скоплении галактик гравитационно-индуцированного красного смещения были обнаружены результаты, которые в точности соответствовали общей теории относительности, но противоречили MOND.

Источник: https://alivespace.ru/o-modifitsirovannoy-nyutonovskoy-dinamike
https://spravochnick.ru/fizika/fizicheskie_gipotezy/modificirovannaya_nyutonovskaya_dinamika_kak_fizicheskaya_gipoteza