ملخص لنظريات نيوتن وآينشتاين حول التسارع المنخفض

لقد وجدت الدراسات التي أجريت على الحركات المدارية لثنائيات ضخمة دليلًا على أن الجاذبية الساكنة تنهار عند التسارع المنخفض. يتوافق هذا الاكتشاف مع نظرية معدلة تسمى MOND ويتحدى المفاهيم الحالية للمادة المظلمة. الآثار المترتبة على الفيزياء الفلكية والفيزياء وعلم الكونيات عميقة ، وقد تم الاعتراف بالنتائج على أنها اكتشاف مهم من قبل خبراء في هذا المجال.

تشير دراسة جديدة إلى أدلة مقنعة على استمرار انهيار الجاذبية في نطاق التسارع المنخفض ، الناجم عن تحليل يمكن التحقق منه للحركات المدارية لنجوم ثنائية طويلة ومتباعدة على نطاق واسع. يشار إلى هذه النجوم عادة باسم ثنائيات واسعة في علم الفلك والفيزياء الفلكية. قاد الدراسة Kyu-Hyun Chae ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في جامعة Sejong في سيول ، واستخدمت 26500 من الثنائيات الضخمة في غضون 650 سنة ضوئية (LY) التي رصدها تلسكوب Gaia الفضائي التابع لوكالة الفضاء الأوروبية.

طريقة

في تقدم كبير مقارنة بالبحوث الأخرى ، ركزت دراسة Sei على حساب تسارع الجاذبية الذي تتعرض له النجوم الثنائية كدالة لفصلها ، أو الفترة المدارية المكافئة. يتم تحقيق ذلك من خلال إسقاط مونت كارلو للحركات المسقطة بالسماء في الفضاء ثلاثي الأبعاد.

يوضح تشي ، “منذ البداية ، بدا واضحًا لي أنه يمكن اختبار الجاذبية بشكل مباشر وفعال من خلال حساب التسارع ، نظرًا لأن مجال الجاذبية هو تسارع. وقادتني خبراتي البحثية الأخيرة حول منحنيات الدوران بين المجرات إلى هذه الفكرة. الأقراص بين المجرات و تشترك الثنائيات الضخمة في بعض أوجه التشابه في مداراتها ، ولكن تشترك في أن الثنائيات الضخمة تتبع مدارات طويلة للغاية ، بينما تتبع جزيئات غاز الهيدروجين في قرص المجرة مدارات دائرية تقريبًا.

بالإضافة إلى ذلك ، على عكس الدراسات الأخرى ، قامت تشاي بقياس معدل حدوث الثنائيات الداخلية المتداخلة المخفية عند تسريع أساسي.

إلى اليسار: نظام نجمي ثنائي مع ثنائي داخلي متداخل (Credit: Wikipedia). إلى اليمين: شذوذ الجاذبية عند التسارع المنخفض لوحظ في 20000 من الثنائيات الهائلة الائتمان: Kyu-Hyun Se

الموجودات

تكشف الدراسة أنه عندما يدور نجمان حول بعضهما البعض بسرعة أقل من نانومتر واحد في الثانية ، فإنهما يبدآن في الانحراف عن تنبؤات قانون نيوتن للجاذبية العالمية والنسبية العامة لأينشتاين. بالنسبة للتسارع الأقل من 0.1 نانومتر تقريبًا في الثانية ، يكون التسارع الملحوظ أكبر بنسبة 30 إلى 40 بالمائة من تنبؤ نيوتن-أينشتاين. أهمية كبيرة ، تلبية 5 سيجما ، المعايير المعتادة لاكتشاف علمي. في عينة مكونة من 20000 من الثنائيات العريضة على مسافة 650 LY ، تظهر سلالتا تسريع مستقلتان انحرافات كبيرة بمقدار 5 سيغما في نفس الاتجاه ، على التوالي.

التسارع الملحوظ عند التسارع المنخفض هو لغز ، حيث أن التسارع أقوى من 10 نانومتر في الثانية يتوافق مع تنبؤ نيوتن-آينشتاين لنفس التحليل. ومن المثير للاهتمام ، أن هذا الانهيار لنظرية نيوتن-أينشتاين في التسارع الضعيف اقترحه منذ 40 عامًا الفيزيائي النظري مردخاي ميلغروم في معهد وايزمان في إسرائيل في إطار نظري جديد في ميكانيكا نيوتن المعدلة (MOND) ، أو Milgromian ، في الاستخدام الحالي.

اتصال مع MOND

تم التنبؤ بشكل صحيح بعامل تعزيز يبلغ حوالي 1.4 بواسطة نظرية الجاذبية لاغرانج من نوع MOND تسمى AQUAL ، التي اقترحها ميلجروم والفيزيائي الراحل جاكوب بيكنشتاين. بشكل ملحوظ ، يتطلب عامل التعزيز الصحيح تأثير مجال خارجي درب التبانة تنبؤ فريد للجاذبية المعدلة بين النجوم من نوع MOND. لذلك ، لا تمثل البيانات الثنائية الواسعة انهيار الديناميكيات النيوتونية فحسب ، بل تمثل أيضًا مظهرًا من مظاهر تأثير المجال الخارجي للجاذبية المعدلة.

البصيرة Se

في الختام ، يقول تشاي ، “يبدو أن المؤامرة أو آلية غير معروفة لإحداث فواصل تعتمد على التسارع في الجاذبية الثابتة بالاتفاق مع AQUAL أمر غير محتمل. لقد استكشفت جميع الأنظمة الممكنة كما هو موضح في الورقة الطويلة. النتائج حقيقية. أتوقع أن يتم تأكيد النتائج وتنقيحها ببيانات أفضل وأكبر في المستقبل. لقد قمت بنشر كل الكود الخاص بي للشفافية ولخدمة الباحثين المهتمين.

الآثار والقيود

على عكس منحنيات الدوران بين المجرات ، والتي يمكن أن تفسر نظريًا التسارعات المتزايدة الملحوظة للمادة المظلمة في الجاذبية الثابتة لنيوتن-أينشتاين ، فإن الديناميكيات الثنائية الأوسع لن تؤثر عليها بالرغم من ذلك. تنكسر الجاذبية الساكنة في حد التسارع الضعيف المتوافق مع إطار عمل MOND.

آثار الديناميكيات الثنائية واسعة النطاق عميقة في الفيزياء الفلكية ، والفيزياء النظرية ، وعلم الكونيات. أدت الانحرافات التي لوحظت في مدار عطارد في القرن التاسع عشر في النهاية إلى نظرية أينشتاين في النسبية العامة. الآن تتطلب الانحرافات في الثنائيات الضخمة نظرية جديدة توسع النسبية العامة إلى حد التسارع المنخفض MOND.

على الرغم من كل النجاحات التي حققتها الجاذبية النيوتونية ، فإن ظواهر الجاذبية النسبية مثل الثقوب السوداء تتطلب النسبية العامة. موجات الجاذبية. وبالمثل ، على الرغم من كل النجاحات التي حققتها النسبية العامة ، فإن ظاهرة MOND في حد التسارع الضعيف تتطلب نظرية جديدة. قد تحمل كارثة التسارع الضعيف للجاذبية بعض التشابه مع كارثة الأشعة فوق البنفسجية للديناميكا الكهربائية الكلاسيكية التي أدت إلى فيزياء الكم.

ثورة في الفيزياء

الشذوذ الثنائي الهائل كارثي للجاذبية الساكنة وعلم الكونيات ، اللذين يعتمدان على مفاهيم المادة المظلمة والطاقة المظلمة. نظرًا لأن الجاذبية تتبع MOND ، فلا داعي لكميات كبيرة من المادة المظلمة في المجرات (وحتى في الكون). كانت هذه مفاجأة كبيرة ل Sek ، الذي ، مثل العلماء التقليديين ، “آمن” بالموضوع حتى سنوات قليلة مضت.

ثورة جديدة في الفيزياء جارية. فيما يتعلق بالنتائج الحالية والآفاق المستقبلية ، يقول ميلجروم ، “اكتشاف ساي هو نتيجة لتحليل متعمق للغاية للبيانات المعقدة ، وبقدر ما أستطيع أن أقول ، فقد قام بذلك بدقة شديدة وبعناية. لكن مثل هذا الاكتشاف بعيد المدى – وهو في الواقع بعيد المدى – يتطلب تأكيدًا من خلال تحليلات مستقلة ، ويفضل أن تكون أفضل. “مع البيانات المستقبلية ، إذا تم تأكيد هذا الشذوذ على أنه انهيار لميكانيكا نيوتن ، خاصة إذا كان متوافقًا مع أكثر تنبؤات MOND مباشرة ، فسيكون له أهمية كبرى الآثار المترتبة على الفيزياء الفلكية وعلم الكونيات والفيزياء الأساسية.

تعليقات الأقران

يقول البروفيسور Xavier Hernández من UNAM في المكسيك ، الذي اقترح لأول مرة تجارب الجاذبية الثنائية الواسعة قبل عقد من الزمان: “تم الآن تأكيد الابتعاد عن الجاذبية النيوتونية التي كانت مجموعتي تفترضها لبعض الوقت بشكل مستقل ، وهو أمر مثير للإعجاب للغاية”. ولأول مرة ، تم تحديده بشكل صحيح على أنه مرتبط بدقة بنموذج MOND مفصل “. دقة تطبيقات تشاي لقمر غايا ، عينة كبيرة ومختارة بعناية ، وتحليله التفصيلي يجعل نتائجه قوية بما يكفي للتأهل كاكتشاف.

توصل بافل كروبا ، الأستاذ في جامعة بون وجامعة تشارلز في براغ ، إلى نفس الاستنتاجات حول قانون الجاذبية. يقول ، “مع هذه التجربة في الثنائيات الهائلة وتجاربنا في مجموعات النجوم المفتوحة بالقرب من الشمس ، تُجبر البيانات الآن ميلغروميان بدلاً من الجاذبية النيوتونية. الآثار المترتبة على جميع الفيزياء الفلكية هائلة “.

نُشر الاكتشاف في عدد 1 أغسطس 2023 من المجلة ال مجلة الفيزياء الفلكية.

المرجع: Kyu-Hyun Se ، 24 يوليو 2023 ، “انهيار جاذبية نيوتن-أينشتاين الثابتة عند التسارع المنخفض في الديناميات الداخلية للنجوم الثنائية الضخمة” مجلة الفيزياء الفلكية.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ace101