Крах теорий малого ускорения Ньютона и Эйнштейна

Изучение орбитальных движений широких двойных систем выявило доказательства того, что скалярная гравитация разрушается при малом ускорении. Открытие согласуется с модифицированной теорией под названием MOND и бросает вызов современным представлениям о темной материи. Последствия для астрофизики, физики и космологии глубоки, и результаты были признаны экспертами в этой области важным открытием.

В новом исследовании сообщаются убедительные доказательства рекордного гравитационного коллапса на нижнем пределе ускорения, полученные в результате поддающегося проверке анализа орбитальных движений длинных, широко удаленных двойных звезд. Эти звезды обычно называют широкими двойными звездами в астрономии и астрофизике. Исследование было проведено Кю-Хюн Че, профессором физики и астрономии в Университете Седжон в Сеуле, и использовало до 26 500 широких двойных систем в пределах 650 световых лет (LY), которые были обнаружены космическим телескопом Gaia Европейского космического агентства.

методология

Для значительного улучшения по сравнению с другими исследованиями исследование Чай было сосредоточено на расчете гравитационных ускорений, испытываемых двойными звездами, в зависимости от их расстояния или, что то же самое, орбитального периода. Это было достигнуто путем Монте-Карло проецирования наблюдаемых проекционных движений неба в трехмерное пространство.

Чжай объясняет: «С самого начала мне казалось ясным, что гравитация может быть воспринята напрямую и эффективно путем вычисления ускорения, потому что гравитационное поле само по себе является ускорением. Мой недавний опыт исследования кривых вращения галактик привел меня к этой идее. Галактические диски и широкие двойные системы имеют некоторое сходство в своих орбитах», хотя широкие двойные системы следуют по очень длинным орбитам, в то время как молекулы газообразного водорода в галактическом диске следуют по почти круговым орбитам».

Кроме того, Че откалибровал частоту появления скрытых мешающих внутренних диодов при стандартном ускорении, в отличие от других исследований.

Слева: двойная звездная система с перекрывающейся внутренней двойной системой (Источник: Википедия). Справа: гравитационная аномалия при низком ускорении, наблюдаемая в 20 000 широких двойных системах Фото: Кю-Хён Че.

находки

Исследование показало, что когда две звезды вращаются вокруг друг друга с ускорениями менее одного нанометра в секунду в квадрате, они начинают отклоняться от предсказаний закона всемирного тяготения Ньютона и общей теории относительности Эйнштейна. Для ускорений ниже примерно 0,1 нанометра в секунду в квадрате наблюдаемое ускорение примерно на 30–40 процентов выше, чем предсказано Ньютоном-Эйнштейном. Значимость значительна, и она соответствует традиционным критериям 5 сигм для научного открытия. В выборке из 20 000 широких диодов в пределах 650 световых световых лет две независимые деформации ускорителя соответственно демонстрируют отклонения более чем на 5 сигма в одном и том же направлении.

Поскольку наблюдаемое ускорение выше примерно 10 нанометров в секунду в квадрате хорошо согласуется с предсказанием Ньютона-Эйнштейна из того же анализа, наблюдаемое увеличение ускорения при более низких ускорениях является загадкой. Интересно, что этот крах теории Ньютона-Эйнштейна при самом слабом ускорении был предложен 40 лет назад физиком-теоретиком Мордехаем Милгромом из Института Вейцмана в Израиле в новой теоретической структуре, называемой модифицированной ньютоновской динамикой (MOND) или динамикой Милгрома в современном использовании.

соединение МОНД

Коэффициент усиления около 1,4 был правильно предсказан лагранжевой теорией гравитации типа MOND под названием AQUAL, предложенной Милгромом и покойным физиком Джейкобом Бекенштейном. Что примечательно, так это то, что правильный коэффициент усиления требует влияния внешнего поля от Млечный Путь Galaxy, уникальное гравитационное предсказание, модифицированное MOND. Таким образом, обширные бинарные данные указывают не только на нарушение ньютоновской динамики, но и на проявление внешнего полевого эффекта модулированной гравитации.

Чай Инсайт

Что касается результатов, Чай говорит: «Кажется невероятным, чтобы какой-то неизвестный заговор или методология могли вызвать эти зависящие от акселерометра коллапсы скалярной гравитации в соответствии с AQUAL. Я изучил всю систематику, как описано в довольно длинной статье. Результаты реальны. Я ожидаю, что результаты будут подтверждены и уточнены с использованием более качественных и больших данных в будущем. Я также опубликовал весь свой код ради прозрачности и для обслуживания любого заинтересованного исследователя».

Эффекты и ограничения

В отличие от кривых вращения галактики, где наблюдаемое повышенное ускорение теоретически можно было бы отнести к темной материи в стандартной гравитации Ньютона-Эйнштейна, они не могли повлиять на динамику широкой двойной системы, даже если бы они присутствовали. Стандартная гравитация просто схлопывается до предела слабого ускорения в соответствии со структурой MOND.

Последствия широкой двойной динамики глубоки в астрофизике, теоретической физике и космологии. Отклонения, наблюдаемые в орбитах Меркурия в девятнадцатом веке, в конечном итоге привели к общей теории относительности Эйнштейна. Отклонения теперь в широких двойных системах требуют новой теории, которая расширяет общую теорию относительности до нижнего предела ускорения MOND.

Несмотря на все успехи ньютоновской гравитации, общая теория относительности необходима для релятивистских гравитационных явлений, таких как черные дыры и гравитационные волны. Точно так же, несмотря на все успехи общей теории относительности, нужна новая теория для явления МОНД в пределе слабого ускорения. Катаклизм слабого гравитационного ускорения может иметь некоторое сходство с ультрафиолетовым катаклизмом классической электродинамики, приведшим к квантовой физике.

Революция в физике

Широкие бинарные аберрации губительны для стандартной гравитации и космологии, основанной на концепциях темной материи и темной энергии. Поскольку гравитация следует за МОНД, большое количество темной материи в галактиках (и даже во Вселенной) больше не нужно. Это большой сюрприз для Чая, который, как и обычные ученые, еще несколько лет назад «верил» в темную материю.

Похоже, что в физике происходит новая революция. Что касается текущих результатов и будущих перспектив, Милгром говорит: «Открытие Чай — результат очень глубокого анализа передовых данных, который, насколько я могу судить, был выполнен с большой тщательностью и точностью. Но для такого далеко идущего открытия — а оно действительно далеко идущее — нам необходимо подтверждение с помощью независимых анализов, желательно с более точными будущими данными. Если эта аномалия подтвердится как нарушение ньютоновской динамики и особенно если действительно согласуется с самыми прямыми предсказаниями МОНД, это будет иметь огромное значение для астрофизики, космологии и фундаментальной физики в целом».

Мнения коллег

Ксавье Эрнандес, профессор UNAM в Мексике, который десять лет назад впервые предложил обширные бинарные тесты гравитации, говорит: «Впечатляет, что отклонение от ньютоновской гравитации, о котором моя группа в течение некоторого времени заявляла, было подтверждено независимо, и впечатляет, что это отправление было так предсказуемо определено». Впервые верно, поскольку точно соответствует подробной модели MOND. Никогда раньше не встречалось. Точность Со спутника Gaia большая и тщательно отобранная проба Че и его подробный анализ делают его результаты достаточно убедительными, чтобы их можно было квалифицировать как открытие».

Павел Крупа, профессор Боннского университета и Карлова университета в Праге, пришел к таким же выводам относительно закона всемирного тяготения. Он говорит: «Благодаря этому тесту на широких двойных системах, а также нашим тестам на рассеянных звездных скоплениях, близких к Солнцу, данные теперь убедительно указывают на милгромовскую, а не ньютоновскую гравитацию. Последствия для всей астрофизики огромны».

Открытие было опубликовано в выпуске журнала от 1 августа 2023 года. в Астрофизический журнал.

Ссылка: «Рекордный гравитационный коллапс Ньютона-Эйнштейна при малых ускорениях во внутренней динамике массивных двойных звезд», автор Кю Хён Чэ, 24 июля 2023 г., доступно здесь. Астрофизический журнал.
DOI: 10.3847/1538-4357/ace101