Ново проучване оспорва теориите за гравитацията на Айнщайн и Нютон

Гравитацията е силата, която привлича обектите към Земята и поддържа орбиталното движение на планетите около Слънцето.

Научното ни разбиране за гравитацията е създадено от Исак Нютон през 1687 гoдина. Теорията на Нютон за гравитацията издържа теста на времето в продължение на 2 века, докато Алберт Айнщайн не представя своята „Обща теория на относителността“, запълвайки празнините, оставени от теорията на Нютон за гравитацията.

Въпреки многото успехи на теорията на Айнщайн за гравитацията, много явления, като например гравитацията вътре в черна дупка и гравитационните вълни не могат да бъдат обяснени.

Ново изследване обаче откри преки доказателства за модифицирана теория на гравитацията при ниско ускорение. Проучването е проведено от професор Кю-Хюн Чае от университета Седжонг в Сеул, Корея. Чае е наблюдавал орбиталното поведение на космически структури, наречени широки двойни звездни системи по данни, събрани от космическият телескоп Gaia на Европейската космическа агенция.

Тези открития са важни, тъй като насочват към нова теория на гравитацията, различна от теориите на Нютон и Айнщайн.

Теориите за гравитацията на Нютон и Айнщайн

Теорията на Нютон за гравитацията е революционна по онова време. Тя успешно обяснява привличането между телата на Земята и извън нея, като ни дава по-дълбоко разбиране за движението на планетите.

С разширяването на обхвата на технологиите обаче рамката на Нютон разкрива пропуски в способността си да обясни сложните гравитационни явления. Една от тях е аномалиите в орбитата на Меркурий, които озадачиха астрономите и показаха, че теорията се разпада при обяснението на екстремни гравитационни условия.

Тогава, през 1915 година, Айнщайн публикува своята „Обща теория на относителността“. Тази трансформираща теория преосмисля гравитацията като кривина на самото пространство-време, обединявайки масата и енергията в един космически танц.

Теорията на Айнщайн свързва орбитата на Меркурий и обяснява огъването на звездната светлина около масивни тела по време на слънчево затъмнение. Дори и прозорливите прозрения на Айнщайн обаче се оказали недостатъчни пред лицето на космическата бездна – черните дупки, където гравитацията става безкрайно силна.

За да запълнят тези празнини, учените предложиха концепцията за тъмната материя. Тази неуловима форма на материята е невидима, тъй като не взаимодейства със светлината, но ефектите ѝ могат да се видят чрез нейното гравитационно привличане.

Ние обаче не знаем каква е формата на тъмната материя и дали тя изобщо съществува.

MOND: Модифицирана Нютонова динамика

Въпреки, че тъмната материя би могла да обясни несъответствията, много учени са скептични поради липсата на доказателства. Това е довело до алтернативни теории.

Модифицираната нютонова динамика, или MOND е предложена за първи път от израелския учен Мордехай Милгром през 1983 година и би могла да обясни тези галактически аномалии, включително наблюдаваните от Чае.

Основната предпоставка на MOND е, че Нютоновата гравитация, която работи добре в повечето ежедневни ситуации може да се държи по различен начин при изключително малки ускорения.

Предполага се, че това отклонение от Нютоновата физика се случва, когато гравитационните полета са слаби. MOND предполага, че при тези малки ускорения силата на гравитацията вече не следва познатия обратен квадратен закон, а има различна функционална форма.

Идеята на MOND е да се модифицира Нютоновата гравитация, за да се обяснят гравитационните аномалии, като например орбиталните скорости на галактиките без да е необходима тъмна материя.

Той предполага, че ускорението зависи от масите и от функция, зависеща от мащаба, което означава, че начинът, по който действа гравитацията, се променя в зависимост от размера или мащаба на изследваната система, което се различава от традиционната гравитация.

Широки двойни звездни системи

Чае анализира 26 500 обширни двойни звездни системи в радиус от 650 светлинни години от данните, събрани от телескопа Gaia.

Широките двойни звездни системи се състоят от две звезди, които се намират на относително отдалечени орбити една около друга. Изследването на Чае на тези системи разкри, че при свръхниски ускорения наблюдаваните ускорения са с 30-40% по-високи от традиционните прогнози, което предполага потенциален разпад на стандартната гравитация.

Това неочаквано нарастване на ускоренията се обяснява с A Quadratic Lagrangian (AQUAL) – теория на гравитацията, повлияна от MOND, чийто съавтор е Милгром, отбелязвайки пряко доказателство за разпадането на стандартната гравитация при слаби ускорения.

В съобщение за пресата Чае обяснява защо е избрал да изследва тези системи:

„От самото начало ми се стори ясно, че гравитацията може да бъде най-пряко и ефективно тествана чрез изчисляване на ускоренията, тъй като самото гравитационно поле е ускорение. Неотдавнашният ми изследователски опит с кривите на въртене на галактиките ме наведе на тази идея. Галактическите дискове и широките двойни звезди имат известна прилика в орбитите си, въпреки че широките двойни звезди следват силно удължени орбити, докато частиците водороден газ в галактическия диск следват почти кръгови орбити.“

каза той

Изследването на Чае не само оспорва статуквото, но и поставя основите на по-широко изследване на тайните на гравитацията. Той се надява, че резултатите му ще бъдат потвърдени и прецизирани с помощта на по-големи и по-добри набори от данни.

Резултатите от изследването са публикувани в The Astrophysics Journal.