Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя

В 1983 году Мордехай Милгром, физик из Вейцмановского Института в Израиле, опубликовал три статьи в «The Astrophysical Journal» с предложением внести изменения в закон всемирного тяготения Ньютона. На самом деле Милгром предоставил несколько интерпретаций его предложению, одна из них является модификацией второго закона Ньютона. Однако, это предлагаемое толкование противоречит закону сохранения импульса и требует некоторых нетрадиционных физических допущений. Вторая интерпретация — изменение закона гравитации, требует, чтобы ускорение за счёт силы тяжести зависело не просто от массы, а от массы умноженной на некоторую функцию,  аргумент которой есть ускорение, деленное на некую константу примерно равную  м/с². Эта функция стремится к единице при больших значениях гравитационного ускорения и отличается для малых аргументов. Центростремительное ускорение звёзд и газовых облаков на окраине спиральных галактик, как правило, будет ниже  значения это функции.

               Точная форма функции  в статьях не указана, указано только её поведение, когда аргумент  является малым или большим. Как Милгром доказал в своих статьях, форма  не меняет большинство следствий из теории, таких как выравнивание кривых вращения галактик.

               В повседневном мире гравитационное ускорение гораздо больше  для всех физических эффектов, поэтому коэффициент практически равен единице и, следовательно, можно с большой степенью точности предполагать справедливость закона всемирного тяготения Ньютона (или второго закона Ньютона). Изменения в законе всемирного тяготения Ньютона являются незначительными, и Ньютон не мог их видеть.

               Согласно теории MOND скорость звёзд на круговых орбитах далеко от центра является постоянной и не зависит от расстояния, то есть кривая вращения является пологой.

               Чтобы объяснить значение этой константы, Милгром сказал: «…Это приблизительно то ускорение, которое нужно объекту, чтобы разогнаться от состояния покоя до скорости света за время существования Вселенной. Также оно близко к недавно обнаруженному ускорению Вселенной».

               Тем не менее, воздействие от предполагаемого значения  на физические процессы на Земле остаётся в силе. Если бы  было больше, последствия этого были бы видны на Земле, и, поскольку это не так, новая теория была бы противоречивой.

Глава 11-20-3 Мордехай (Моти) Милгром

Мордехай (Моти) Милгром (англ. Mordehai Milgrom, род. 1946) — израильский физик, профессор кафедры физики элементарных частиц и астрофизики в Институте Вейцмана (Реховот, Израиль). Известен своей теорией «модифицированной ньютоновской динамики» (англ. Modified Newtonian dynamics, MOND), которая позволяет объяснить аномальное движение галактических объектов, не прибегая к гипотезе о тёмной материи.

_{Рис. Мордехай (Моти) Милгром}

               Родился в городе Яссы, Румыния, ещё ребёнком эмигрировал с семьёй в Израиль. В 1966 году получил степень бакалавра в Еврейском университете. Позже учился в Институте Вейцмана, защитил там докторскую степень в 1972 году.

               Преподаёт в Институте Вейцмана по настоящее время. В период 1980—1981 и 1985—1986 годов работал в Институте перспективных исследований в Принстоне. Женат, имеет трёх дочерей.

               В 1981 году. Милгром высказал идею о том, что второй закон Ньютона должен быть модифицирован для малых ускорений. В 1983 году, развивая эту идею, опубликовал теорию «модифицированной ньютоновской динамики».

Глава 11-20-4 Соответствие с наблюдениями

В соответствии с теорией модифицированной ньютоновской динамики каждый физический процесс, который включает малые ускорения, будет иметь результат, отличающийся от простого закона Ньютона. Таким образом, астрономы должны обнаружить все эти процессы, и убедиться, что MOND согласуется с наблюдениями. Впрочем, существует сложность, которая сильно влияет на совместимость MOND с наблюдениями.

               В изолированной системе, например, один спутник, вращающийся вокруг планеты, эффект MOND приводит к росту скорости за пределы данного диапазона (на самом деле, ниже заданного ускорения, но для круговой орбиты это не имеет значения), что зависит от массы как планеты, так и спутника. Однако, если та же система будет вращаться вокруг звезды, планета и спутник будут ускоряться в гравитационном поле звезды. По этой причине типичное ускорение любого физического процесса — не единственный параметр, который должны рассматривать астрономы. Настолько же важной является среда, в которой происходит процесс, то есть все внешние силы, которыми, как правило, пренебрегают.

               Это ограничивает применение MOND, потому что все эксперименты, проведённые на Земле или в её окрестностях, подчинены гравитационному полю Солнца, и это поле настолько сильно, что все объекты в Солнечной системе подвергаются ускорениям большим, чем коэффициент теории MOND. Это объясняет, почему выравнивание кривых вращения галактик, или MOND эффект, не был обнаружен до начала 1980-х годов, когда астрономы впервые собрали эмпирические данные о вращении галактик.