Можливо, ви не є прихильником темної матерії - гіпотетичної речовини, яка формує більшу частину маси у Всесвіті. Таке припущення має свої недоліки - ми не знайшли жодної частинки ТМ. Але правда також і в тому, що її альтернативи ще гірші.
Всесвіт сповнений незрозумілих загадок (тим самим забезпечуючи щасливу роботу астрономів і астрофізиків); багато з цих загадок пов'язані з гравітацією.
Спостерігаючи за зірками, що обертаються навколо центрів своїх систем, ми бачимо, що вони рухаються надто швидко, - видимої матерії недостатньо, щоб гравітаційно утримати їх на власних орбітах.
Галактики, розташовані всередині великих кластерів, також рухаються надто швидко з огляду на кількість видимої маси в шуканих скупченнях. Останні занадто жорстко викривляють фонове світло. Навіть великі структури виникли майже миттєво за космічними мірками і без додаткового джерела маси.
Найкраща гіпотеза, яку вчені пропонують для пояснення всіх розрізнених спостережень, полягає в тому, що в космосі міститься особливий тип частинок, які отримали назву "темна матерія". Вона невидима (звідси і назва) і рідко (якщо взагалі коли-небудь) взаємодіє зі звичайною матерією.
Сама ідея не така вже й спекулятивна, як здається на перший погляд: нейтрино - частинки саме з такими властивостями. Вони не мають достатньої маси, щоб пояснити темну матерію, але продемонструють, що подібні частинки в принципі можуть існувати.
Але гіпотеза про темну матерію не досконала. Комп'ютерне моделювання зростання галактик показує, що галактики з переважанням темної матерії повинні мати неймовірно високу щільність у своїх центрах.
Спостереження за реальними галактиками справді показують вищу щільність у їхніх ядрах, але не настільки, як передбачають симуляції. Крім того, математичне моделювання еволюції темної матерії у Всесвіті пророкує, що кожна галактика повинна володіти сотнями більш дрібних супутників, проте спостереження незмінно показують зворотне.
MOND і теорія гравітації Ньютона
З огляду на те, що гіпотеза про темну матерію не досконала - і що у нас немає прямих доказів існування будь-яких частинок-кандидатів - варто вивчити інші варіанти.
Один із таких варіантів був запропонований ще в 1970-х роках паралельно початковій ідеї темної матерії, яку виклала Віра Рубін. Американська астрономка вперше виявила проблему занадто швидкого руху зірок усередині галактик.
Але замість того, щоб додавати новий інгредієнт у Всесвіт, альтернативна теорія змінює принцип роботи гравітації. І здобуває популярність як MOND, тобто "модифікована ньютонівська динаміка". Така номінація застосовується до загального сімейства теорій, що походять від оригінальної концепції.
На прикладі MOND ви отримуєте все те, що зазначено в її назві. У масштабах планет або Сонячної системи гравітація Ньютона працює просто чудово (за винятком, звісно, тих випадків, коли потрібні детальніші розрахунки, які надає загальна теорія відносності).
Але щойно ви переходите до більш загальних масштабів, звичайне F = ma не зовсім може бути застосовано, зв'язок між силою і прискоренням слідує іншому правилу.
Згідно з модифікованою динамікою, для пояснення спостережень немає потреби в додатковій частці - достатньо лише злегка підправити силу тяжіння. А оскільки підстроювання гравітації в рамках MOND явно призначене для пояснення руху зірок, воно, природно, дуже добре справляється з цим завданням. Теорія також не страждає від перевиробництва супутників і надзвичайно високого вмісту темної матерії в галактичних ядрах.
Фальсифікація теорії MOND
Крім того, MOND не є повністю релятивістською теорією (усі сучасні фізичні теорії мають бути сумісні зі спеціальною теорією відносності). Оновлена версія MOND, TeVeS, може змагатися з ЗТВ, і то далеко не завжди.
Моделі, засновані на модифікованій гравітації, мають значні проблеми з поясненням зростання структури у Всесвіті, особливостей космічного мікрохвильового фону і багато чого іншого - всіх тих областей, де темна матерія працює досить добре.
Немає жодної MOND-внвлогової теорії, яка могла б пояснити всі спостереження, що стосуються ТМ; усі вони не проходять бодай один тест.
MOND точна, коли йдеться про криві обертання галактик; існує достатньо спостережень, що демонструють наявність темної матерії у Всесвіті.
Так, гіпотеза темної матерії не досконала. Але, знову ж таки, жодна наукова гіпотеза не досконала. Оцінюючи конкуруючі припущення, вчені не повинні йти на поводу у своєї інтуїції або вибирати ту теорію, яка звучить крутіше або здається простішою.
Ми повинні слідувати за доказами, куди б вони не привели. За майже 50 років ніхто не придумав теорію, подібну до MOND, яка могла б пояснити все багатство даних про космос. Що не робить MOND невірною, але залишає її набагато слабшою альтернативою темної матерії.
Джерело: space.com
