क्या यह संभव है कि हमारी समस्याएं गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत की खामियों की बात करें?

मुझे जल्द ही यकीन हो गया कि सभी सिद्धांत मस्तिष्क का एक खाली अभ्यास होगा, और, परिणामस्वरूप, समय की बर्बादी, जब तक आप पहली बार यह नहीं जानते कि ब्रह्मांड वास्तव में क्या भरा है।
- फ्रिट्ज ज़्विकी

सप्ताह के अंत में, मैं आपके पत्रों के माध्यम से प्रश्नों और सुझावों के साथ अफवाह करता हूं। इस हफ्ते, मुझे रयान शूल्ज़ के अन्य सीखने के अवसरों से युक्त पत्र सबसे ज्यादा पसंद आया, जो पूछता है:

डिस्कवर मैगज़ीन के नवीनतम अंक में मोनड के कट्टरपंथी सिद्धांत पर एक लंबा लेख था और इसकी भविष्यवाणियां एक उत्कृष्ट कार्य कैसे करती हैं, और किसी को भी अभी तक अंधेरे मामले का पता नहीं चला है। मुझे आश्चर्य है कि MOND क्या है, क्या यह एक स्वीकार्य सिद्धांत है, और अगर यह इतना सफल है, तो हम सभी ने डार्क मैटर के बारे में क्यों सुना, ना कि MOND?

यह समझने के लिए कि यह किस बारे में है, आपको 19 वीं शताब्दी में जाने और "लापता द्रव्यमान" (या "लापता प्रकाश") की समस्या से बहुत पहले मौजूद समस्याओं पर चर्चा करने की आवश्यकता है जो कि मोनड को हल करने की कोशिश कर रहा है: यूरेनस और बुध की समस्याओं।

गुरुत्वाकर्षण के नियम, जिसे न्यूटन ने XVII सदी में विकसित किया था, बेहद सफलतापूर्वक सब कुछ वर्णित किया, चाहे जो भी लागू हो। उड़ने वाले गोले की गति से लेकर रोलिंग ऑब्जेक्ट्स तक, वस्तुओं के वजन से लेकर पेंडुलम तक, एक नाव की उछाल से लेकर पृथ्वी के चारों ओर चंद्रमा की कक्षा तक, न्यूटन का गुरुत्वाकर्षण का सिद्धांत विफल रहा।

केप्लर के तीन नियम, न्यूटनियन गुरुत्वाकर्षण के विशेष मामले, सभी ज्ञात ग्रहों पर लागू होते हैं:

1. सौर मंडल के प्रत्येक ग्रह को एक दीर्घवृत्त में खींचा जाता है, जिसमें से एक में सूर्य है।
2. प्रत्येक ग्रह सूर्य के केंद्र से गुजरने वाले विमान में चलता है, और बराबर समय के लिए, सूर्य और ग्रह को जोड़ने वाले त्रिज्या वेक्टर समान क्षेत्रों का वर्णन करता है।
3. सूर्य के चारों ओर ग्रहों की क्रांति की अवधि के वर्ग को ग्रहों की कक्षाओं के अर्ध-प्रमुख अक्षों के क्यूब्स के रूप में संदर्भित किया जाता है।

सभी ज्ञात दुनिया ने इन कानूनों का पालन किया, और सैकड़ों वर्षों तक कोई विचलन नहीं पाया गया। लेकिन 1781 में यूरेनस की खोज के साथ, सब कुछ बदल गया। नया ग्रह सूर्य के चारों ओर एक दीर्घवृत्त में चला गया, लेकिन इसकी गति गुरुत्वाकर्षण के नियमों की भविष्यवाणियों से मेल नहीं खाती।

पता लगाने के बाद पहले 20 वर्षों में, वह भविष्यवाणी की तुलना में तेजी से आगे बढ़ी। अगले 20-25 वर्षों में, इसकी गति एक गणना के अनुरूप थी। फिर यह और भी धीमा हो गया, और गति एक परिकलित से नीचे गिर गई।

क्या गुरुत्वाकर्षण का नियम गलत था? हो सकता है कि। लेकिन शायद अभी भी कुछ मामला था, किसी प्रकार का अदृश्य, या अंधेरा, मामला जिसने यूरेनस को खींच लिया और कक्षा के इन विचलन का नेतृत्व किया।

यह पता चला कि यह है। उरबैन, जीन जोसेफ लीवरियर और जॉन काउच एडम्स के बीच एक सिद्धांतवादी युद्ध के बाद, जिसके दौरान उन्होंने 23 सितंबर, 1846 को पुष्टि की कि एक नए ग्रह, जोहान गॉटफ्रीड गाले और उनके सहायक हेनरिक लुई डी'आर्ट के स्थान के बारे में स्वतंत्र भविष्यवाणी की गई है। नेप्च्यून की खोज की गई थी, पहली वस्तु जिसके अस्तित्व की भविष्यवाणी उसके द्रव्यमान के गुरुत्वाकर्षण प्रभाव से की गई थी।

दूसरी ओर, अंतरतम उपकरण, बुध, जो सदियों से संचित उपकरणों और मापों की बढ़ती सटीकता के परिणामस्वरूप, गुरुत्वाकर्षण के नियमों से अजीब विचलन दिखाने लगे। केपलर ने भविष्यवाणी की कि ग्रहों को सूर्य में ध्यान केंद्रित करने के साथ आदर्श दीर्घवृत्त में सूर्य के चारों ओर घूमना चाहिए, लेकिन केवल अन्य द्रव्यमानों की अनुपस्थिति में जो सिस्टम को प्रभावित और परेशान करते हैं। लेकिन अन्य द्रव्यमान हैं, और बुध एक आदर्श बंद दीर्घवृत्त के साथ नहीं चलता है। दीर्घवृत्त एक पूर्वसर्ग देता है।

न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण के नियमों का उपयोग करते हुए, हम नेप्च्यून और पृथ्वी के विषुव की पूर्वता सहित सभी ग्रहों के प्रभाव को ध्यान में रख सकते हैं। उसके बाद, हम केवल टिप्पणियों और भविष्यवाणियों के बीच एक छोटा सा अंतर पाते हैं - एक सौ वर्षों में एक 43 "पूर्वसूचना, या सौ वर्षों में 0.012 °। लेकिन यह एक दुर्घटना नहीं है।

तो क्या बात है? क्या अभी भी एक अज्ञात द्रव्यमान है, संभवतः बुध के लिए आंतरिक? या गुरुत्वाकर्षण के नियम में समस्या है? सूर्य के करीब स्थित, सैद्धांतिक ग्रह वालकैन के लिए एक थकाऊ खोज की गई थी। लेकिन कोई ज्वालामुखी नहीं था। यह निर्णय 1915 में आया, जब आइंस्टीन ने सापेक्षता के अपने सामान्य सिद्धांत को सामने रखा।

1970 के दशक के लिए तेजी से आगे और पहले वेरा रुबिन द्वारा किए गए टिप्पणियों को देखें। हम अलग-अलग आकाशगंगाओं का निरीक्षण करते हैं - विशेष रूप से, एक किनारे से हमारे पास - और उनके वेगों को मापते हैं। हम आकाशगंगा के एक तरफ देखते हैं, और हम देखते हैं कि यह हमारी (नीली पारी) की ओर बढ़ता है, और फिर हम दूसरे को देखते हैं, और यह हमसे दूर हो जाता है (रेडशिफ्ट) - सभी आकाशगंगा के रोटेशन के लिए धन्यवाद। हम यह पता लगाने की उम्मीद करते हैं कि आकाशगंगा के आंतरिक तारे तेज़ी से घूमते हैं, और यह कि केंद्र से दूरी के साथ रोटेशन की गति कम हो जाती है। लेकिन हम एक पूरी तरह से अलग चीज देखते हैं।

इसके बजाय, आकाशगंगा की घूर्णन गति स्थिर रहती है क्योंकि यह
केंद्र से दूर जाती है। ऐसा क्यों? दो संभावनाएँ हैं: या तो गुरुत्वाकर्षण के नियमों में सुधार की आवश्यकता है, या हमें एक अतिरिक्त, अदृश्य द्रव्यमान के अस्तित्व को मानना चाहिए।

MOND, या MOND - संशोधित न्यूटोनियन डायनेमिक्स, 1981 में मोती मिलग्रोम द्वारा पहली बार नोट किया गया था, जिन्होंने तय किया कि यदि हम न्यूटन के नियमों के प्रभाव को बहुत कम गति से बदलते हैं - एक नैनोमीटर प्रति सेकंड वर्ग के अंशों पर - तो हम इन घुमाव घुमावों को बिल्कुल प्राप्त कर सकते हैं। वही परिवर्तन छोटे से बड़े तक आकाशगंगाओं के रोटेशन की व्याख्या कर सकता है। और मोन अभी भी बहुत अच्छी तरह से इस के साथ मुकाबला करता है।

दूसरी ओर, डार्क मैटर बताता है कि स्टैंडर्ड मॉडल के सामान्य कणों के अलावा, "प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों" से सभी सामान्य पदार्थ, जिनमें से लगभग हर चीज को हम जानते हैं, एक नए प्रकार का पदार्थ है। इस घूर्णी घटना की व्याख्या करने के लिए, पदार्थ का एक बड़ा प्रभामंडल प्रस्तावित किया गया था जो प्रकाश के साथ संपर्क नहीं करता है, अपने आप से नहीं टकराता है, और सामान्य पदार्थ के साथ बातचीत नहीं करता है। यह डार्क मैटर का विचार है।

वह इन घुमावों को समझा सकती है, लेकिन साथ ही साथ MOND को भी नहीं। डार्क मैटर के सरलतम मॉडल से प्राप्त प्रभामंडल के संख्यात्मक सिमुलेशन अवलोकनों के साथ काफी मेल नहीं खाते हैं: प्रभामंडल केंद्र में बहुत घने हैं और किनारों पर "शराबी" भी हैं। (तकनीकी रूप से कहा जाए तो वे उम्मीद से अधिक इज़ोटेर्मल हैं)। यदि हमारे पास केवल ये घुमाव हैं, तो MOND एक स्पष्ट नेता होगा।

लेकिन हमारे पास पूरा ब्रह्मांड है।

यदि आप जीआर के स्थान पर एक नए सिद्धांत का प्रस्ताव करते हैं, जो बदले में न्यूटोनियन गुरुत्वाकर्षण को प्रतिस्थापित करता है, तो आपको तीन स्थितियों का पालन करने की आवश्यकता है:
1. यह पिछले सिद्धांत की सभी सफलताओं को पुन : पेश करना होगा।
2. यह नई घटना (या घटना) की व्याख्या करना चाहिए जिसके लिए इसे विकसित किया गया था।
3. उसे नए, अनूठे पूर्वानुमान लगाने चाहिए जो प्रयोगात्मक रूप से या अवलोकन द्वारा सत्यापित किए जा सकते हैं।

और पिछले सिद्धांत की सफलता बड़े पैमाने पर है।

द्रव्यमान के साथ स्टारलाईट का गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग, जिसमें मजबूत और कमजोर लेंस शामिल हैं। शापिरो प्रभाव। गुरुत्वाकर्षण समय फैलाव और पुनर्वितरण। बिग बैंग और एक विस्तार ब्रह्मांड की अवधारणा से जुड़ा एक मंच। एक बड़े पैमाने पर आकाशगंगाओं के समूहों और समूहों में आकाशगंगाओं की आवाजाही।

और इन सभी मामलों में, एमएंडडी प्रभावी रूप से विफल रहता है, या तो पूर्वानुमान किए बिना, या डेटा के साथ संघर्ष की भविष्यवाणियों के बिना। यदि आप कहते हैं कि MOND एक पूर्ण सिद्धांत नहीं है, लेकिन एक घटना का वर्णन है जो एक पूर्ण सिद्धांत को जन्म दे सकता है, तो उम्मीद रखें। बहुत से लोग MOND के विस्तार पर काम कर रहे हैं, जो इन टिप्पणियों को स्पष्ट करेगा, लेकिन अभी तक बहुत सफलता नहीं मिली है, जिसमें TeVeS (टेंसर-वेक्टर-स्केलर ग्रेविटी), MoG (संशोधित गुरुत्वाकर्षण) और अन्य शामिल हैं।

लेकिन अगर आप आइंस्टीन के गुरुत्वाकर्षण के नियमों को छोड़ देते हैं और सिर्फ एक नया घटक जोड़ते हैं, तो ठंड और अंधेरे पदार्थ, टकराव का अनुभव नहीं करते हुए, आप नए, दिलचस्प विवरण सहित सब कुछ समझा सकते हैं।

सीएमबी में उतार-चढ़ाव को "ध्वनिक चोटियों" सहित समझाया जा सकता है, जो किसी भी प्रकार के अंधेरे पदार्थ के बिना मौजूद नहीं हो सकते।

आप गुच्छों की प्रकृति की व्याख्या कर सकते हैं, जो ब्रह्मांड के बड़े पैमाने पर संरचनाओं में दिखाई देता है, जिसमें शीर्ष पर बड़े वक्र और इसमें उतार-चढ़ाव शामिल हैं, अगर हम मानते हैं कि डार्क मैटर सामान्य से पांच गुना अधिक है।

और, सबसे दिलचस्प, एक नई भविष्यवाणी की जा सकती है: आकाशगंगाओं के दो समूहों की टक्कर में, आंतरिक गैस को गर्म होना चाहिए, धीमा करना चाहिए और एक्स-रे विकिरण (गुलाबी ऊपर) का उत्सर्जन करना चाहिए, और गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग के माध्यम से दिखाई देने वाला द्रव्यमान (नीला) अंधेरे पदार्थ का पालन करना चाहिए और एक्स-रे से अलग होना चाहिए। किरणों। यह भविष्यवाणी अवलोकनों से पैदा हुई थी और पिछले दस वर्षों से चली आ रही थी, जो कि काले पदार्थ के अस्तित्व के अप्रत्यक्ष प्रमाण के रूप में थी।

तो, रयान, मॉनड डार्क मैटर को बेहतर नहीं बनाता है: यह अभी भी डार्क मैटर की तुलना में आकाशगंगाओं के घूर्णन घटता को बेहतर बताता है। लेकिन यह अभी तक एक भौतिक सिद्धांत नहीं है, और यह हमारे पास मौजूद टिप्पणियों के पूरे सेट के साथ असंगत है। हम अंधेरे मामले के बारे में सुनते हैं, क्योंकि यह हमें विरोधाभास के बिना, पूरे ब्रह्मांड को देने में सक्षम है। MOND गुरुत्वाकर्षण के एक अधिक संपूर्ण सिद्धांत की कुंजी हो सकता है, और किसी दिन सबसे महत्त्वपूर्ण लक्ष्य - मोनोड घटना विज्ञान को सबसे काले पदार्थ से प्राप्त करने की उम्मीद है!

लेकिन अब MOND कॉस्मोलॉजिकल रूप से मैथुन नहीं कर रहा है, जो इसे डार्क मैटर की तुलना में बहुत कम बेहतर बनाता है। उसके अपने अनुयायी हैं और वह नौकरी की हकदार है, लेकिन अभी तक यह एक उपयुक्त विकल्प नहीं है। लेकिन इसका संस्करण बनाएं, जो:

1. जीआर की सभी सफलताओं को पुन : प्रस्तुत करता है ,
2. नई घटनाओं का एक सेट बताते हैं,
3. नए पूर्वानुमानों की भविष्यवाणी करता है,

और मैं अलग तरह से गाऊंगा, जैसा कि किसी भी सही वैज्ञानिक को करना होगा।

एथन नंबर 94 से पूछें: क्या डार्क मैटर हो गया है?

क्या यह संभव है कि हमारी समस्याएं गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत की खामियों की बात करें?

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