Zusammenbruch von Newtons und Einsteins Theorien der geringen Beschleunigung

Eine Untersuchung der Umlaufbewegungen breiter Doppelsterne ergab Hinweise darauf, dass die Skalargravitation bei geringer Beschleunigung zusammenbricht. Die Entdeckung steht im Einklang mit einer modifizierten Theorie namens MOND und stellt aktuelle Vorstellungen von Dunkler Materie in Frage. Die Auswirkungen auf die Astrophysik, Physik und Kosmologie sind tiefgreifend und die Ergebnisse wurden von Experten auf diesem Gebiet als wichtige Entdeckung anerkannt.

Eine neue Studie liefert überzeugende Beweise für einen rekordverdächtigen Gravitationskollaps an der unteren Beschleunigungsgrenze, die aus einer überprüfbaren Analyse der Umlaufbewegungen langer, weit voneinander entfernter Doppelsterne resultieren. Diese Sterne werden in der Astronomie und Astrophysik allgemein als breite Doppelsterne bezeichnet. Die Studie wurde von Kyu-Hyun Chae, einem Professor für Physik und Astronomie an der Sejong-Universität in Seoul, durchgeführt und verwendete bis zu 26.500 Doppelsterne im Umkreis von 650 Lichtjahren (LY), die vom Weltraumteleskop Gaia der Europäischen Weltraumorganisation ESA entdeckt wurden.

Methodik

Um eine deutliche Verbesserung gegenüber anderen Forschungsarbeiten zu erzielen, konzentrierte sich Chais Studie auf die Berechnung der Gravitationsbeschleunigungen, die Doppelsterne als Funktion ihres Abstands bzw. ihrer Umlaufzeit erfahren. Dies wurde durch Monte-Carlo-Projektion der beobachteten Himmelsprojektionsbewegungen in den dreidimensionalen Raum erreicht.

Zhai erklärt: „Von Anfang an schien es mir klar zu sein, dass die Schwerkraft durch die Berechnung der Beschleunigung direkt und effektiv erlebt werden kann, da das Gravitationsfeld selbst eine Beschleunigung ist. Meine jüngsten Forschungserfahrungen mit galaktischen Rotationskurven führten mich zu dieser Idee. Galaktische Scheiben und Große Doppelsterne weisen einige Ähnlichkeiten in ihren Umlaufbahnen auf, obwohl breite Doppelsterne sehr langen Umlaufbahnen folgen, während Wasserstoffgasmoleküle in einer galaktischen Scheibe nahezu kreisförmigen Umlaufbahnen folgen.

Darüber hinaus kalibrierte Chae im Gegensatz zu anderen Studien die Häufigkeit versteckter interner Stördioden bei Standardbeschleunigung.

Links: ein Doppelsternsystem mit einem überlappenden inneren Doppelsternsystem (Quelle: Wikipedia). Rechts: Gravitationsanomalie bei geringer Beschleunigung, beobachtet in 20.000 großen Doppelsternen. Bildnachweis: Kyu-Hyun Chae

die Ergebnisse

Die Studie ergab, dass zwei Sterne, wenn sie einander mit Beschleunigungen von weniger als etwa einem Nanometer pro Quadratsekunde umkreisen, beginnen, von den Vorhersagen des Newtonschen Gesetzes der universellen Gravitation und Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie abzuweichen. Bei Beschleunigungen unter etwa 0,1 Nanometer pro Quadratsekunde ist die beobachtete Beschleunigung etwa 30 bis 40 Prozent höher als die Newton-Einstein-Vorhersage. Die Bedeutung ist erheblich und sie erfüllt die traditionellen 5-Sigma-Kriterien für eine wissenschaftliche Entdeckung. In einer Stichprobe von 20.000 breiten Dioden innerhalb einer Entfernungsgrenze von 650 LY weisen zwei unabhängige Beschleunigerstämme jeweils Abweichungen von mehr als 5 Sigma-Signifikanz in die gleiche Richtung auf.

Da die beobachtete Beschleunigung von mehr als etwa 10 Nanometern pro Quadratsekunde gut mit der Newton-Einstein-Vorhersage aus derselben Analyse übereinstimmt, ist der beobachtete Anstieg der Beschleunigung bei niedrigeren Beschleunigungen ein Rätsel. Interessanterweise wurde dieser Zusammenbruch der Newton-Einstein-Theorie bei der schwächsten Beschleunigung vor 40 Jahren vom theoretischen Physiker Mordehai Milgrom am Weizmann-Institut in Israel in einem neuen theoretischen Rahmen vorgeschlagen, der Modifizierte Newtonsche Dynamik (MOND) oder im heutigen Sprachgebrauch Milgrom-Dynamik genannt wird.

MOND-Verbindung

Der Verstärkungsfaktor von etwa 1,4 wurde durch eine Lagrange-Gravitationstheorie vom MOND-Typ namens AQUAL korrekt vorhergesagt, die von Milgrom und dem verstorbenen Physiker Jacob Bekenstein vorgeschlagen wurde. Bemerkenswert ist, dass der richtige Verstärkungsfaktor den Einfluss des äußeren Feldes voraussetzt Milchstraße Galaxy, eine einzigartige MOND-modifizierte Schwerkraftvorhersage. Somit deuten die umfangreichen Binärdaten nicht nur auf einen Zusammenbruch der Newtonschen Dynamik hin, sondern auch auf die Manifestation eines externen Feldeffekts der modulierten Schwerkraft.

Chai-Einsicht

Über die Ergebnisse sagt Chai: „Es scheint unmöglich, dass eine unbekannte Verschwörung oder Methodik diese beschleunigungsmesserabhängigen Zusammenbrüche der skalaren Schwerkraft in Übereinstimmung mit AQUAL verursacht haben könnte. Ich habe die gesamte Systematik untersucht, wie sie in dem ziemlich langen Artikel beschrieben ist. Die Ergebnisse.“ sind real. Ich erwarte, dass die Ergebnisse in Zukunft durch bessere und größere Daten bestätigt und verfeinert werden. Aus Gründen der Transparenz und um allen interessierten Forschern zu dienen, habe ich auch meinen gesamten Code veröffentlicht.“

Auswirkungen und Einschränkungen

Im Gegensatz zu den galaktischen Rotationskurven, bei denen die beobachtete erhöhte Beschleunigung theoretisch der Dunklen Materie in der Standard-Newton-Einstein-Gravitation zugeschrieben werden könnte, könnte die breite binäre Dynamik durch sie nicht beeinflusst werden, selbst wenn sie vorhanden wäre. Die Standardgravitation kollabiert einfach in die schwache Beschleunigungsgrenze gemäß dem MOND-Rahmenwerk.

Die Auswirkungen der breiten binären Dynamik sind tiefgreifend in der Astrophysik, der theoretischen Physik und der Kosmologie. Die im 19. Jahrhundert beobachteten Abweichungen in den Umlaufbahnen des Merkur führten schließlich zu Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie. Abweichungen jetzt in weiten Binärsystemen erfordern eine neue Theorie, die die allgemeine Relativitätstheorie auf die niedrige MOND-Beschleunigungsgrenze ausdehnt.

Trotz aller Erfolge der Newtonschen Gravitation ist die allgemeine Relativitätstheorie für relativistische Gravitationsphänomene wie Schwarze Löcher und andere von wesentlicher Bedeutung Gravitationswellen. Ebenso ist trotz aller Erfolge der Allgemeinen Relativitätstheorie eine neue Theorie für das MOND-Phänomen in der schwachen Beschleunigungsgrenze erforderlich. Die Katastrophe der schwachen Gravitationsbeschleunigung könnte eine gewisse Ähnlichkeit mit der ultravioletten Katastrophe der klassischen Elektrodynamik haben, die zur Quantenphysik führte.

Eine Revolution in der Physik

Große binäre Aberrationen sind katastrophal für die Standardgravitation und eine Kosmologie, die auf Konzepten der Dunklen Materie und Dunklen Energie beruht. Da die Schwerkraft dem Mond folgt, wird die große Menge dunkler Materie in Galaxien (und sogar im Universum) nicht mehr benötigt. Dies ist eine große Überraschung für Chai, der wie normale Wissenschaftler bis vor einigen Jahren an dunkle Materie „glaubte“.

Es scheint, dass eine neue Revolution in der Physik im Gange ist. فيما يتعلق بالنتائج الحالية والآفاق المستقبلية ، يقول ميلغروم ، „إن اكتشاف تشاي هو نتيجة لتحليل متعمق للغاية للبيانات المتطورة ، والتي ، بقدر ما أستطيع الحكم عليها ، كان أداؤها شديد الدقة والعناية. لكن بالنسبة لمثل هذا الاكتشاف بعيد المدى – وهو في الواقع بعيد المدى – نحتاج إلى تأكيد من خلال تحليلات مستقلة ، ويفضل أن يكون ذلك مع بيانات مستقبلية أفضل. إذا تم تأكيد هذا الشذوذ على أنه انهيار لديناميات نيوتن ، وخاصة إذا كانت تتفق بالفعل مع أكثر تنبؤات MOND مباشرة ، فسيكون لها آثار هائلة على الفيزياء الفلكية وعلم الكونيات والفيزياء الأساسية allgemein. „

Meinungen von Kollegen

Xavier Hernandez, Professor an der UNAM in Mexiko, der vor einem Jahrzehnt erstmals umfassende binäre Tests der Schwerkraft vorschlug, sagt: „Es ist aufregend, dass die Abweichung von der Newtonschen Schwerkraft, die meine Gruppe seit einiger Zeit behauptet, unabhängig bestätigt wurde, und es ist beeindruckend.“ dass dies identifiziert wurde.“ Abfahrt zum ersten Mal korrekt, da sie genau einem detaillierten MOND-Modell entspricht. Noch nie zuvor gesehen Genauigkeit Chaes große und sorgfältig ausgewählte Probe und seine detaillierte Analyse vom Gaia-Satelliten machen seine Ergebnisse aussagekräftig genug, um als Entdeckung zu gelten.“

Pavel Krupa, Professor an der Universität Bonn und der Karls-Universität in Prag, kam bezüglich des Schwerkraftgesetzes zu den gleichen Schlussfolgerungen. Er sagt: „Mit diesem Test an weiten Doppelsternsystemen sowie unseren Tests an offenen Sternhaufen in der Nähe der Sonne zeigen die Daten nun überzeugend, dass die Schwerkraft eher eine Milgromsche als eine Newtonsche Schwerkraft ist. Die Auswirkungen auf die gesamte Astrophysik sind enorm.“

Die Entdeckung wurde in der Ausgabe vom 1. August 2023 veröffentlicht Die Astrophysikalisches Journal.

Referenz: „Record Newton-Einstein Gravity Collapse at Low Accelerations in the Internal Dynamics of Massive Binary Stars“ von Kyu Hyun-chae, 24. Juli 2023, hier verfügbar. Astrophysikalisches Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/ace101