Kolaps Newtonovy a Einsteinovy teorie nízkého zrychlení

Nedávná studie odhaluje, že orbitální pohyby široce rozmístěných dvojhvězd, neboli „širokých dvojhvězd“, porušují standardní model gravitace při nízkém zrychlení. Analýzou dat z 26 500 dalekohledů vědci zjistili, že zrychlení menší než jeden nanometr na čtvereční sekundu se odchylují od Newtonových a Einsteinových gravitačních zákonů.

Studie orbitálních pohybů širokých dvojhvězd odhalila důkazy, že skalární gravitace kolabuje při nízkém zrychlení. Objev je v souladu s upravenou teorií nazvanou MOND a zpochybňuje současné představy o temné hmotě. Důsledky pro astrofyziku, fyziku a kosmologii jsou hluboké a odborníci v oboru uznali tyto nálezy za důležitý objev.

Nová studie uvádí přesvědčivé důkazy o rekordním gravitačním kolapsu na spodní hranici zrychlení, vyplývající z ověřitelné analýzy orbitálních pohybů dlouhých, široce rozmístěných dvojhvězd. Tyto hvězdy jsou běžně označovány jako široké dvojhvězdy v astronomii a astrofyzice. Studii provedl Kyu-Hyun Chae, profesor fyziky a astronomie na univerzitě Sejong v Soulu, a použila až 26 500 širokých dvojhvězd v okruhu 650 světelných let (LY), které zachytil kosmický dalekohled Gaia Evropské vesmírné agentury.

metodologie

Pro výrazné zlepšení oproti jiným výzkumům se Chaiova studie zaměřila na výpočet gravitačních zrychlení, kterým dvojhvězdy prožívají, jako funkce jejich separace, nebo ekvivalentně, oběžné doby. Toho bylo dosaženo Monte Carlo projekcí pozorovaných pohybů projekce oblohy do trojrozměrného prostoru.

Zhai vysvětluje: „Od začátku se mi zdálo jasné, že gravitaci lze zažít přímo a efektivně výpočtem zrychlení, protože gravitační pole samo o sobě je zrychlením. Moje nedávné výzkumné zkušenosti s křivkami galaktické rotace mě přivedly k této myšlence. Galaktické disky a široké dvojhvězdy sdílejí určité podobnosti na svých drahách, ačkoli široké dvojhvězdy sledují velmi dlouhé dráhy, zatímco molekuly vodíkového plynu v galaktickém disku po téměř kruhových drahách.“

Chae navíc na rozdíl od jiných studií kalibroval míru výskytu skrytých rušivých vnitřních diod při standardním zrychlení.

Vlevo: dvojhvězdný systém s překrývající se vnitřní dvojhvězdou (Credit: Wikipedia). Vpravo: Gravitační anomálie při nízkém zrychlení pozorovaná u 20 000 širokých dvojhvězd. Kredit: Kyu-Hyun Chae

zjištění

Studie odhalila, že když dvě hvězdy obíhají kolem sebe se zrychlením menším než asi jeden nanometr za sekundu na druhou, začnou se odchylovat od předpovědí Newtonova zákona univerzální gravitace a Einsteinovy obecné teorie relativity. Pro zrychlení pod přibližně 0,1 nanometru za sekundu na druhou je pozorované zrychlení asi o 30 až 40 procent vyšší než Newton-Einsteinova předpověď. Význam je významný a splňuje tradiční kritéria 5 sigma pro vědecký objev. Ve vzorku 20 000 širokých diod v rámci limitu vzdálenosti 650 LY vykazují dva nezávislé kmeny urychlovače odchylky větší než 5 sigma ve stejném směru.

Protože pozorované zrychlení silnější než asi 10 nanometrů za sekundu na druhou dobře souhlasí s Newton-Einsteinovými předpověďmi ze stejné analýzy, pozorované zvýšení zrychlení při nižším zrychlení je hádankou. Je zajímavé, že tento kolaps Newton-Einsteinovy teorie při nejslabším zrychlení navrhl před 40 lety teoretický fyzik Mordehai Milgrom z Weizmannova institutu v Izraeli v novém teoretickém rámci nazvaném Modified Newtonian Dynamics (MOND) nebo v současném použití Milgromova dynamika.

Připojení MOND

Faktor zesílení asi 1,4 byl správně předpovězen Lagrangovou teorií gravitace typu MOND zvanou AQUAL, kterou navrhli Milgrom a zesnulý fyzik Jacob Bekenstein. Pozoruhodné je, že správný součinitel vyztužení vyžaduje vliv vnějšího pole od mléčná dráha Galaxie, jedinečná předpověď gravitace upravená MONDem. Rozsáhlá binární data tedy naznačují nejen zhroucení newtonovské dynamiky, ale také projev vnějšího pole působení modulované gravitace.

Chai Insight

O výsledcích Chai říká: „Zdá se nemožné, že nějaké neznámé spiknutí nebo metodologie mohla způsobit tyto na akcelerometru závislé kolapsy skalární gravitace ve shodě s AQUAL. Zkoumal jsem všechny systematiky popsané v poměrně dlouhém článku. Výsledky jsou skutečné. Očekávám, že výsledky budou v budoucnu potvrzeny a upřesněny pomocí lepších a větších dat. Z důvodu transparentnosti jsem také zveřejnil celý svůj kód, aby posloužil všem zainteresovaným výzkumníkům.“

Účinky a omezení

Na rozdíl od galaktických rotačních křivek, kde by pozorované zvýšené zrychlení mohlo být teoreticky připsáno temné hmotě ve standardní Newton-Einsteinově gravitaci, široká binární dynamika jimi nemohla být ovlivněna, i kdyby byla přítomna. Standardní gravitace se jednoduše zhroutí do limitu slabého zrychlení podle rámce MOND.

Důsledky široké binární dynamiky jsou hluboké v astrofyzice, teoretické fyzice a kosmologii. Odchylky pozorované na drahách Merkuru v devatenáctém století nakonec vedly k Einsteinově obecné relativitě. Odchylky nyní v širokých dvojhvězdách vyžadují novou teorii, která rozšiřuje obecnou relativitu až na mez nízkého zrychlení MOND.

Pro všechny úspěchy newtonovské gravitace je obecná teorie relativity nezbytná pro relativistické gravitační jevy, jako jsou černé díry a gravitační vlny. Stejně tak je přes všechny úspěchy obecné teorie relativity potřeba nové teorie pro jev MOND v meze slabého zrychlení. Kataklyzma slabého gravitačního zrychlení může mít určitou podobnost s ultrafialovým kataklyzmatem klasické elektrodynamiky, která vedla ke kvantové fyzice.

Revoluce ve fyzice

Široké binární aberace jsou katastrofální pro standardní gravitaci a kosmologii, která se opírá o koncepty temné hmoty a temné energie. Protože gravitace následuje MOND, velké množství temné hmoty v galaxiích (a dokonce i ve vesmíru) již není potřeba. To je velkým překvapením pro Chaie, který jako normální vědci ještě před pár lety „věřil“ v temnou hmotu.

Zdá se, že nová revoluce ve fyzice probíhá. Pokud jde o současná zjištění a budoucí vyhlídky, Milgrom říká: „Objev Chai je výsledkem velmi hloubkové analýzy špičkových dat, která, pokud mohu posoudit, byla provedena s velkou pečlivostí a přesností. Ale pro takový objev, jako je dalekosáhlý – a ve skutečnosti dalekosáhlý je – potřebujeme potvrzení prostřednictvím nezávislých analýz, nejlépe s lepšími budoucími daty. Pokud se tato anomálie potvrdí jako zhroucení newtonovské dynamiky, a zejména skutečně souhlasí s nejpřímějšími předpověďmi MOND, mělo by to obrovské důsledky pro astrofyziku, kosmologii a základní fyziku obecně.“

Názory vrstevníků

Xavier Hernandez, profesor na UNAM v Mexiku, který před deseti lety jako první navrhl rozsáhlé binární testy gravitace, říká: „Je vzrušující, že odklon od newtonské gravitace, o kterém moje skupina nějakou dobu tvrdila, byl nezávisle potvrzen, a je to působivé. že to bylo identifikováno.“ Poprvé správně odlet, protože přesně odpovídá podrobnému modelu MOND. Přesnost Chaeův velký a pečlivě vybraný vzorek z družice Gaia a jeho podrobná analýza činí jeho výsledky dostatečně silnými, aby mohly být považovány za objev.“

Ke stejným závěrům ohledně gravitačního zákona došel i profesor Univerzity v Bonnu a Univerzity Karlovy v Praze Pavel Krupa. Říká: „S tímto testem na širokých dvojhvězdách a také našimi testy na otevřených hvězdokupách blízko Slunce data nyní přesvědčivě naznačují, že gravitace je spíše milgromská než newtonovská. Důsledky pro celou astrofyziku jsou obrovské.“

Objev byl zveřejněn ve vydání z 1. srpna 2023 a Astrophysical Journal.

Reference: „Record Newton-Einstein Gravity Collapse at Low Accelerations in the Internal Dynamics of Massive binární hvězdy“ od Kyu Hyun-chae, 24. července 2023, k dispozici zde. Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/ace101