Применим ли закон гравитации при изменении размера объекта?

По современным представлениям, гравитация началась в семнадцатом веке с сэра Исаака Ньютона. На основе Ньютона закон всемирного тяготения-это простое эмпирическое наблюдение:

Все происходит… как будто сила между двумя телами прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

— Сэр Исаак Ньютон

Этот простой факт объясняется подробный движения Луны, инкапсулированные Кеплера законы движения планет, и в современном день информирует нас о том, как ориентироваться крошечных космических кораблях по бескрайним просторам межпланетном пространстве с поразительной точностью. Никогда в истории таких откровенны наблюдений, проведенных нами (буквально!) до сих пор.

Закон всемирного тяготения Ньютона была испытана в широком диапазоне масштабов, от субмиллиметрового до Солнечной системы. Его неоднократные успехи и невероятную точность конкурируют немногие другие физические теории. Надежность всемирного тяготения был такой, что в девятнадцатом веке крошечный избыток прецессия орбиты Меркурия представляет собой кризис.

Этот кризис был урегулирован теория Эйнштейна общей теории относительности, единственное существенное обновление нашей концепции гравитации со времен Ньютона. Общая теория относительности сама выдержала многие испытания на точность. Неоднократные успехи Ньютона-теория Эйнштейна, и само возвышение ее авторов, привело к распространенной среди ученых отношение, что не может быть ничего нового узнать о гравитации. Многие из этих же авторов одновременно придерживаться противоречивых отношение, что там должна быть единой теории всего сущего, или, по крайней мере, из четырех фундаментальных сил. До сих пор, гравитация упорно не желает ассимилироваться в квантово-механической картины, которая необходима для описания других сил природы. Еще там должна быть квантовой теории гравитации. Преследуя эту до логического завершения, там должно быть еще больше узнать сверх того, что Ньютон и Эйнштейн уже рассказал нам.

За пределами квантовой сферы, существуют и другие гравитационные загадки, которые еще предстоит объяснить. Одним из наиболее важных является обычно называют «темная материя проблема.» Когда астрономы измеряют движений звезд и газа в галактиках и еще более крупных систем, они нашли, что скорость значительно превышает то, что может быть объяснено применением Netwon всеобщего тяготения к массе в видимые формы, такие как звезды (см. рис. 1). Это привело к выводу, что большинство (примерно 90%) массы во Вселенной темно.

Существует огромное количество доказательств для темной материи. Но все эти доказательства основаны на предположении о том, что Ньютоновская теория может смело быть экстраполированы из солнечной системы (там, где она хорошо испытана) в масштабах галактик. В то время как отличная отправная точка, мы не должны предполагать, что оно действительно держат. Ярые сторонники эпистемология может возразить, что, строго говоря, мы сталкиваемся не с доказательства темной материи, а скорее для массового расхождения. То, что мы видим не складывается, значит, либо Вселенная полна невидимой массы, или теория, которая приводит к выводу из этой массы нуждается в пересмотре.

Вернуться к гравитации это эмпирические корни, вспомнить Ньютона наблюдение, что «все ведет себя так, как если бы…» хотя это и так с большой точностью в Солнечной системе, она является заведомо ложной в галактик и других внегалактических систем. Если это состоялось, мы бы не необходимость в темной материи. Литье вину взамен на тяжести может быть целесообразной, если существует модификация Ньютона формула, которая удовлетворяет дух его изречение «все, что ведет себя, как будто…»

Многие такие попытки были сделаны, и многие провалились. Эти неудачи поощрять людей в сторону темной материи. Еще есть одна идея, которая имеет да неудачно. В 1983 году израильский физик М. Милгром предположили специфическое изменение в уравнениях движения частиц при очень низких ускорений. Он назвал этот модифицированной Ньютоновской динамики, или МОНДЕ. МОНДЕ сводится к обычной Ньютоновской форме в режиме высокого ускорения, но при ускорениях ниже, чем 1 часть в 1011 что мы чувствуем себя здесь, на земле, все меняется в пути, который мог бы учитывать массу расхождений.

Как только уравнения Монд (или любые другие предположили модификации) записаны, они оставляют мало места для маневра. Точных динамических данных, таких как кривые вращения спиральных галактик, должно следовать из применения Монд наблюдаемым распределением светящейся материи (звезд и газа). Каждая Галактика предоставляет уникальную проверка гипотезы. Вписывается в наблюдаемые кривые вращения галактик, как, что в на фиг. 1 сейчас уже выполнено более 100 галактик, с сопоставимыми результатами. Хотя есть, конечно, случайные головоломки, нет никаких известных случаев, когда Монд явно подводит. В подавляющем большинстве, он явно преуспевает. МОНДЕ-это формула, которая удовлетворяет Ньютона изречение «все, что ведет себя, как будто…»

В своем изначальном 1983 документы, Милгром сделал ряд предсказаний о тогда неизвестный класс ‘низкой поверхностной плотности галактик. Эти объекты должны, если Монд правильно, проявляют большую массу несоответствий, потому что их диффузной светящейся массы даст даже слабее ускорения свободного падения, чем в уже разреженной сумму нашли в ярче галактик. Он перечислил ряд конкретных, проверяемых следствий это предсказания. В то время, такие объекты считались редкими или несуществующими. Позже они были обнаружены, и теперь известны как » низкая поверхностная яркость галактик. В процессе изучения этих новых объектов для их собственных интересах, астрономы постепенно накапливались данные, необходимые для тестирования Милгром это во многом забыты, десятилетней давности прогнозы. Она испытала шок, чтобы найти, что каждый из них был реализован в данных. Хотя наука в принципе авансы на строительство гипотез, которые делают прогнозы, которые впоследствии могут быть проверены, это действительно редкий случай, что на практике фактически следует этой модели так чисто.

Эти успехи Монд наиболее очевидны в тех местах, где динамические данные испытания являются наиболее точным. Однако, есть много других систем, где картина более менее ясна. Любое изменение динамических законов должны объяснить массовое несоответствие везде. Она должна работать не только для поворота кривых, но и для скорости дисперсий сфероидальных галактик, температуры газа скоплений галактик, и пекулярные движения галактик в крупномасштабной структуры Вселенной.

Одном месте Монд-видимому, серьезные трудности в богатых скоплений галактик: световой массы не дотягивает раза в два примерно, что необходимо для объяснения наблюдений. С одной стороны, это может показаться не так уж и плохо: придет в два раза меньше в астрономия часто рассматривается как большой успех. С другой стороны, расхождение действительно кажется подлинной. Это означает, что имеется некоторая Дополнительная масса еще предстоит открыть в кластерах. Это, по сути, вызывает некоторые формы темной материи — вряд ли твоя точка зрения на теорию, которая стремится покончить с этой чепухой. Это может считаться фатальным для МОНДЕ если бы не тот факт, что открытие огромных резервуаров массы в кластеры случалось и раньше. Долгое время считалось, что звезды в галактиках, которые образуют кластеры были крупнейший природный резервуар обычной материи там. Около десяти лет назад, стало очевидным, что масса горячей, диффузного газа спрэд между кластером галактик значительно превышает массу звезд. В таком случае трудно быть уверенным, что другой фактор два не подвернется.

Другая проблема состоит в космологии. Неизмененной общей теории относительности дает удовлетворительной интерпретации эмпирических аспектов космологии большого взрыва — расширение Вселенной нуклеосинтез легких элементов, и реликтового излучения, известный как космический микроволновый фон. Успех стандартной космологии часто отождествляют с доказательствами против Монд. Еще стандартная космология является единственной жизнеспособной, если 90% массы действительно существует в пока гипотетической форме — вряд ли многие похвастаться точку. Хуже того, в последние годы возникла необходимость возродить Эйнштейна самопровозглашенным «величайшей ошибкой»: космологической постоянной. Можно задаться вопросом, если эти странные повороты намекая на какой-то более Великой истины.

Космический микроволновый фон может помочь решить эту проблему. Вселенная полна темной материи оставляет тонко разные подписи на это Эхо большого взрыва, чем один лишенный темной материи. Недавние наблюдения пришли удивительно близок к тому, чтобы различать эти два случая, но в итоге не смогла сделать четкое различие. Предстоящих космических миссий, как НАСА и ЕКА карту планка, надеюсь, будет делать трюк.

Независимо от того Монд верна как теория, она не является наблюдаемой феноменологии, которая требует объяснения. В этом кроется настоящая загадка для темной материи картины. Естественным ожиданиям темной материи теорий для вращения кривые не похожи Монд, и, следовательно, не удастся воспроизвести всю совокупность существенных наблюдательные факты. Самое лучшее, что теория темной материи может надеяться сделать, это ухитряетесь выглядеть Монд, и, следовательно, postdict многих вещей, которые Милгром успешно предсказала. Это дает подлинного паузу, чтобы рассмотреть, как науки, предполагают, чтобы продолжить.

Дебаты между темной материи и Монд освежает. Существует некоторая озабоченность, выраженную в последние годы наука пришла к своему концу. Все фундаментальные открытия уже сделаны, и нет ничего действительно нового ему предстоит узнать. Этим настроениям вторит слова Резерфорда почти столетие назад: «… все, что остается-это заполнить несколько последних знаков после запятой.» Сейчас, как и тогда, слухи о конце фундаментальной науки сильно преувеличены.