Возможно, вы не являетесь поклонником темной материи, гипотетической частицы, которая составляет основную массу во Вселенной. И это правда, что гипотеза о темной материи имеет свои недостатки — и, конечно, мы еще не нашли никаких частиц темной материи. Но правда в том, что альтернативы гораздо хуже.
Вселенная полна необъяснимых тайн (именно это позволяет астрономам и астрофизикам счастливо работать), и многие из этих тайн окружают гравитацию. Наблюдая за тем, как звезды вращаются вокруг центров своих галактик, мы обнаруживаем, что они движутся слишком быстро, учитывая количество видимой материи, которая может удерживать их на этих орбитах своей гравитацией.
Галактики, вращающиеся вокруг скоплений галактик, также движутся слишком быстро, учитывая количество видимой массы в скоплениях. Те же самые кластеры слишком сильно искажают фоновый свет. Даже крупные структуры возникли в нашей вселенной слишком быстро без дополнительного источника массы.
Лучшая гипотеза, имеющаяся у ученых для объяснения всех этих разрозненных наблюдений, заключается в том, что в космосе обитает новый вид частиц, известный как темная материя. Эта частица была бы почти полностью невидимой (отсюда и название), редко (если вообще когда-либо) взаимодействуя с обычной материей. Эта идея не так притянута за уши, как кажется; нейтрино - это частицы, обладающие именно такими свойствами. У них недостаточно массы, чтобы объяснить темную материю, но они показывают, что такие частицы могут существовать.
Но гипотеза о темной материи не идеальна. Компьютерное моделирование роста галактик предполагает, что галактики, в которых преобладает темная материя, должны иметь невероятно высокую плотность в своих центрах. Наблюдения за реальными галактиками действительно показывают более высокую плотность в их ядрах, но не настолько, как предсказывали эти симуляции. Кроме того, моделирование эволюции темной материи во Вселенной предсказывает, что каждая галактика должна иметь сотни меньших спутников, в то время как наблюдения постоянно оказываются недостаточными.
Аргументы в пользу MOND
Учитывая, что гипотеза о темной материи не идеальна — и что у нас нет прямых доказательств существования каких—либо частиц-кандидатов - стоит изучить другие варианты.
Один из таких вариантов был представлен еще в 1970-х годах вместе с оригинальной идеей о темной материи, когда астроном Вера Рубин впервые обнаружила проблему слишком быстрого перемещения звезд внутри галактик. Но вместо того, чтобы добавлять новый ингредиент во вселенную, альтернатива изменяет рецепт, изменяя то, как работает гравитация в галактических масштабах. Первоначальная идея называется MOND, что означает "модифицированная ньютоновская динамика", но это название также применимо к общему семейству теорий, произошедших от этой оригинальной концепции.
С MOND вы в значительной степени получаете то, что написано на этикетке. В масштабах планет или солнечной системы гравитация Ньютона работает просто отлично (за исключением, конечно, тех случаев, когда вам нужны более подробные расчеты гравитации, предоставляемые общей теорией относительности). Но как только вы достигаете больших высот, обычное F = ma, с которым мы знакомы, не совсем применимо, и соотношение между силой и ускорением следует другому правилу.
Согласно MOND, нет необходимости в дополнительной частице для объяснения наблюдений — просто небольшое изменение гравитационной силы. И поскольку настройка гравитации в MOND явно предназначена для объяснения движения звезд внутри галактик, она, естественно, делает это очень хорошо. Теория также не страдает от перепроизводства спутников и чрезвычайно высокого содержания темной материи в ядрах галактик.
Несовершенный чемпион
Но MOND далек от совершенства. Изменения, внесенные в гравитацию для объяснения звездных движений, имеют проблемы с объяснением движения галактик внутри скоплений и линзирования фонового света. И MOND не является полностью релятивистской теорией (все современные теории физики должны быть совместимы со специальной теорией относительности). Эквивалентное обновление MOND, называемое TeVeS, может конкурировать лицом к лицу с общей теорией относительности — и далеко не дотягивает. Модели, основанные на модифицированной гравитации, имеют значительные проблемы с объяснением роста структуры во Вселенной, особенностей космического микроволнового фона и многого другого — все это места, где темная материя работает довольно хорошо.
Не существует MOND-подобной теории, которая могла бы объяснить каждое отдельное наблюдение, когда дело доходит до темной материи; все они проваливают хотя бы один тест. Хотя MOND все еще может быть точным, когда дело доходит до кривых вращения галактик, есть достаточно наблюдений, чтобы сказать нам, что нам все еще понадобится темная материя, чтобы существовать во Вселенной.
Нет, гипотеза темной материи не идеальна. Но опять же, никакой научной гипотезы нет. Оценивая конкурирующие гипотезы, ученые не могут просто пойти со своими доводами или выбрать тот, который звучит круче или кажется проще. Мы должны следовать доказательствам, куда бы они ни вели. За почти 50 лет никто не придумал MOND-подобную теорию, которая могла бы объяснить богатство данных, которые у нас есть о Вселенной. Это не делает MOND неправильным, но делает его гораздо более слабой альтернативой темной материи.
P/S:Это перевод с Space с максимальным сохранением смысла публикации .
Подписывайтесь на канал, ставьте лайки
