Возможно, вы не являетесь поклонником темной материи, гипотетической частицы, составляющей основную массу Вселенной. И это правда, что у гипотезы темной материи есть свои недостатки — и, конечно же, мы еще не нашли частиц темной материи. Но правда в том, что альтернативы намного хуже.
вселенная полон необъяснимых загадок (именно это позволяет астрономам и астрофизикам с радостью работать), и многие из этих загадок окружают сила тяжести. Пока мы смотрим звезды вращаясь вокруг центров своих галактик, мы обнаруживаем, что они движутся слишком быстро, учитывая количество видимой материи, которая может удерживать их на этих орбитах благодаря своей гравитации.
Галактики жужжание вокруг скоплений галактик также движется слишком быстро, учитывая количество видимой массы в скоплениях. Те же самые кластеры слишком сильно искажают фоновый свет. Даже большие структуры возникли в нашей Вселенной слишком быстро без дополнительного источника массы.
Связанный: Должны ли мы быть так уверены в существовании темной материи?
Лучшая гипотеза, которую ученые должны объяснить всем этим разрозненным наблюдениям, состоит в том, что существует новый вид частиц, известный как темная материя, который населяет космос. Эта частица была бы почти полностью невидимой (отсюда и название), редко (если вообще когда-либо) взаимодействующей с обычной материей. Эта идея не так неправдоподобна, как кажется; нейтрино являются частицами с именно этими свойствами. У них недостаточно массы, чтобы объяснить темную материю, но они показывают, что такие частицы могут существовать.
Но гипотеза темной материи не идеальна. Компьютерное моделирование роста галактик предполагает, что галактики с преобладанием темной материи должны иметь невероятно высокую плотность в своих центрах. Наблюдения за реальными галактиками действительно показывают более высокую плотность в их ядрах, но далеко не достаточную, 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 терпят неудачу.
Дело для МОНД
Учитывая, что гипотеза 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 первоначальной идеей темной материи, когда астроном Вера Рубин впервые обнаружил проблему слишком быстрого движения звезд внутри галактик. Но вместо того, чтобы добавить во вселенную новый ингредиент, альтернатива меняет рецепт, изменяя то, как гравитация работает в галактических масштабах. Первоначальная идея называется МОНД, что означает «модифицированная ньютоновская динамика», но это название также применимо к общему семейству теорий, происходящих от этой исходной концепции.
С MOND вы в значительной степени получаете то, что написано на этикетке. В масштабах планеты или Солнечной системы Ньютонгравитация работает просто отлично (кроме, конечно, тех случаев, когда вам нужны более подробные расчеты гравитации, предоставляемые общая теория относительности). Но как только вы станете большим, как обычно F = ма с которым мы знакомы, не совсем применимы, и связь между силой и ускорением подчиняется другому правилу.
В MOND нет необходимости в дополнительных частицах для объяснения наблюдений — достаточно небольшой настройки гравитационной силы. И поскольку настройка гравитации в MOND специально предназначена для объяснения движения звезд внутри галактик, она, естественно, делает это очень хорошо. Теория также не страдает от перепроизводства спутников и чрезвычайно высоких галактических ядер темной материи.
Несовершенный чемпион
Но МОНД далек от совершенства. Изменения, внесенные в гравитацию для объяснения движения звезд, затрудняют объяснение движения галактик внутри скоплений и линзирования фонового света. И МОНД не является полностью релятивистской теорией (все современные физические теории должны быть совместимы с специальная теория относительности). Эквивалентное обновление MOND, названное TeVeS, может конкурировать лицом к лицу с общей теорией относительности — и сильно отстает. Модели, основанные на модифицированной гравитации, имеют серьезные проблемы с объяснением роста структуры во Вселенной, особенностей космический микроволновый фон и многое другое — все места, где темная материя работает достаточно хорошо.
Не существует теории типа MOND, которая могла бы объяснить каждое отдельное наблюдение, когда речь идет о темной материи; все они проваливают хотя бы один тест. Хотя MOND все еще может быть точным, когда речь идет о кривых вращения галактик, имеется достаточно наблюдений, чтобы сказать нам, что мы Все еще нужна 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 полагаться на свое чутье или выбрать ту, которая звучит круче или кажется проще. Мы должны следовать уликам, куда бы они ни вели. За почти 50 лет никто не придумал теорию, подобную MOND, которая могла бы объяснить то богатство данных, которые у нас есть о Вселенной. Это не делает МОНД неправильныйно это делает его гораздо более слабой альтернативой темной материи.
Узнайте больше, прослушав подкаст «Спросите космонавта», доступный в iTunes. (откроется в новой вкладке) и askaspaceman.com (откроется в новой вкладке). Задайте свой вопрос в Твиттере, используя хештег #AskASpaceman или подписавшись на Пола. @PaulMattSutter (откроется в новой вкладке) и facebook.com/PaulMattSutter (откроется в новой вкладке).
Следуйте за нами на Twitter @Spacedotcom или на Фейсбук.