Фізики: настав час відмовитися від концепту темної матерії

Ми можемо досить точно змоделювати рух планет у Сонячній системі, використовуючи закони фізики Ньютона.

MOND і проблеми з теорією гравітації Ньютона

На початку 1970-х років учені помітили, що старі методи не працюють для дискових галактик - зірки, розташовані далеко від гравітаційного центру, рухаються набагато швидше, ніж передбачає теорія Ньютона.

Ця обставина змусила фізиків припустити, що невидима субстанція, звана "темною матерією", забезпечує додаткове гравітаційне тяжіння, змушуючи зірки прискорюватися. І теорія миттєво стала дуже популярною.

Однак астрономічні спостереження, - якщо брати великі вибірки, - набагато краще пояснюються альтернативною теорією гравітації, запропонованою ізраїльським фізиком Мордехаєм Мілгромом 1982 року. Модифікована ньютонівська динаміка не потребує додаткової субстанції, тим паче невидимої матерії.

Основний постулат MOND полягає в тому, що коли гравітація стає дуже слабкою, як це відбувається на кордоні галактик, вона починає поводитися інакше, ніж у класичній ньютонівській фізиці. Аналізуючи маси об'єктів, можна пояснити, чому зірки, планети і газ на околицях понад 150 галактик обертаються швидше, ніж очікується. Але мілгромова динаміка не просто пояснює криві обертання; у багатьох випадках вона їх передбачає. А це вже ознака верифікованої наукової теорії.

Філософи науки стверджують, що здатність прогнозувати зрівнює МОНД зі Стандартною космологічною моделлю, яка передбачає, що у Всесвіті більше темної матерії, ніж видимої.

Згідно зі Стандартною моделлю, галактики мають у своєму розпорядженні невизначену кількість темної матерії, яка залежить від деталей її формування, природно, нам невідомих. Що, своєю чергою, означає: неможливо передбачити, як швидко мають обертатися галактики. Але такі передбачення регулярно робляться за допомогою теорії модифікованої гравітації, і досі вони підтверджувалися.

Уявіть собі, що ми знаємо розподіл видимої маси в галактиці, але ще не знаємо швидкості її обертання. У стандартній космологічній моделі можна було б лише з певною впевненістю сказати, що швидкість обертання виявиться між 100 км/с і 300 км/с на околицях зоряної системи. MOND робить більш точне передбачення: швидкість обертання має бути в діапазоні 180-190 км/с.

Якщо спостереження покажуть швидкість обертання 188 км/с, шуканий показник відповідатиме обом теоріям - але очевидно, що модифікована динаміка має кращий вигляд.

Сучасна версія бритви Оккама - найпростіше рішення зручніше за складне. Тобто ми маємо пояснювати спостереження за допомогою якомога меншої кількості "вільних параметрів". Вільні параметри - це константи - певні числа, які ми підставляємо в рівняння, щоб вони працювали.

Але вони не задаються самою теорією - немає причин, через які вони мають набувати конкретного значення. Тому ми їх вимірюємо спостережливо. Прикладом може слугувати гравітаційна постійна G у теорії гравітації Ньютона або кількість темної матерії в галактиках у рамках стандартної космологічної моделі.

Насправді хороша теорія робить чіткі передбачення, нехай навіть підтверджувані з часом. Проблема в тому, що не всі теоретичні викладки, незважаючи на розвиток науки і техніки, можна перевірити в режимі реального часу.

Погана теорія - це та, яка від початку передбачає свою неперевіреність. Як із Великим Вибухом - щоб її перевірити, потрібно відтворити "біг-бум". Погодьтеся, завдання дещо трудомістке. Але це не означає, що її окремі положення не "працюють", а значить фізика як наука розвивається.

Чому галактики так швидко обертаються?
Один із найбільш вражаючих провалів Стандартної космологічної моделі пов'язаний із поясненням "галактичних барів" - стрижнеподібних яскравих областей, що складаються із зірок, розташованих у ядрах спіральних галактик.