Original web-page: http://astroweb.case.edu/ssm/mond/astronow.html
თანამედროვე კონცეფცია სიმძიმის დაიწყო მეჩვიდმეტე საუკუნეში სერ ისააკ ნიუტონი. ბაზაზე ნიუტონის უნივერსალური მიზიდულობის კანონის მარტივი ემპირიული დაკვირვების:
ყველაფერი ხდება… თითქოს ძალის ორ ორგანოების პირდაპირპროპორციულია პროდუქტის მათი მასები და უკუპროპორციულია მოედანზე მათ შორის მანძილი.
– ისააკ ნიუტონი
ეს უბრალო ფაქტს განმარტა დეტალური მთვარის მოძრაობა, ლაკონურად კანონების პლანეტათა მოძრაობის და თანამედროვე გვამცნობს, თუ როგორ ნავიგაცია პატარა კოსმოსური მეშვეობით უზარმაზარი ხარჯების ინტერპლანეტარული სივრცეში შესანიშნავი სიზუსტით. არასოდეს ისტორიაში ნებისმიერი ასეთი უბრალო სიტყვით დაკვირვება განახორციელა ჩვენ (ფაქტიურად!) ჯერჯერობით.
ნიუტონის კანონის სიმძიმის კანონი გამოცდილი იქნა მასშტაბის მასშტაბით, ქვემო მილიმეტრიდან მზის სისტემაში. მისი განმეორებითი წარმატებები და წარმოუდგენელი სიზუსტე ეწინააღმდეგება რამდენიმე სხვა ფიზიკურ თეორიას. საყოველთაო გრავიტაციის სანდოობა ისეთი იყო, რომ XIX საუკუნეში მერკურიის ორბიტის მცირე ჭარბი პრევზიზია წარმოქმნა კრიზისი.
ეს კრიზისი გადაწყდა აინშტაინის ზოგადი ფარდობითობის თეორიით, რომელიც ნიუტონის შემდეგ გრავიტაციის შესახებ ჩვენი კონცეფციის ერთადერთი მნიშვნელოვანი განახლებაა. ზოგადი ფარდობითობა მას გაუძლო მრავალი ზუსტი ტესტი. ნიუტონ-აინშტაინის თეორიის განმეორებითმა წარმატებებმა და მისი ავტორების უდიდესმა მნიშვნელობამ განაპირობა ფართო მეცნიერული დამოკიდებულება მეცნიერებს შორის, რომ გრავიტაციის შესახებ გაეცნობიათ ახალი არაფერი. ამ იგივე მეცნიერებიდან ბევრი ერთდროულად ემორჩილება ურთიერთსაწინააღმდეგო დამოკიდებულებას, რომ უნდა არსებობდეს ყველაფრის ერთიანი თეორია, ან მინიმუმ ოთხი ფუნდამენტური ძალა. ჯერჯერობით, გრავიტაციამ მტკიცედ თქვა უარი კვანტურ მექანიკურ სურათზე ასიმილაციაზე, რაც აუცილებელია ბუნების სხვა ძალების აღწერისთვის. უნდა არსებობდეს გრავიტაციის კვანტური თეორია. მისი ლოგიკური დასკვნის გათვალისწინებით, კიდევ უფრო მეტი უნდა იყოს გასწავლის, რაც უკვე გვითხრეს ნიუტონმა და აინშტაინმა.
კვანტური სივრცის მიღმა, არსებობს სხვა გრავიტაციული თავსატეხები, რომლებიც განმარტებულია. ერთ-ერთი ყველაზე აქტუალური ჩვეულებრივ მოიხსენიება, როგორც “ბნელი მატერიის პრობლემა”. როდესაც ასტრონომები იზომება გალაქტიკებში ვარსკვლავების და გაზის მოძრაობები და უფრო დიდი სისტემები, ისინი აღმოაჩენენ, რომ სიჩქარეები ჭარბი რაოდენობითაა, რაც აიხსნება ნეტვონის უნივერსალური გრავიტაციის მასის გამოყენებით მასში ისეთი თვალსაჩინო ფორმებით, როგორიცაა ვარსკვლავები (იხ. სურათი 1) ამან გამოიწვია დასკვნა, რომ სამყაროში მასის უმეტესობა (დაახლოებით 90%) არის ბნელი.
უამრავი მტკიცებულება არსებობს მუქი მატერიისთვის. მიუხედავად ამისა, ყველა ეს მტკიცებულება ემყარება იმ მოსაზრებას, რომ ნიუტონის თეორია უსაფრთხოდ შეიძლება იქნეს მოპოვებული მზის სისტემადან (იქ, სადაც კარგად არის გამოცდილი), გალაქტიკების მასშტაბებამდე. მიუხედავად იმისა, რომ შესანიშნავი საწყისი წერტილია, არ უნდა ვივარაუდოთ, რომ ის ნამდვილად გამართავს. ეპისტემოლოგიის სტიკერები შეიძლება იმსჯელონ, რომ, მკაცრად რომ ვთქვათ, ჩვენ მტკიცებულება არა გვაქვს ბნელი მატერიისთვის, არამედ მასობრივი შეუსაბამობებით. რასაც ჩვენ ვხედავთ, არ დავამატებთ, ასე რომ, ან სამყარო სავსეა უხილავი მასით, ან თეორია, რომელიც ამ მასის დასკვნამდე მიდის, გადახედვას საჭიროებს.
იმისათვის, რომ დაბრუნდეთ სიმძიმის ემპირიული ფესვები, გავიხსენოთ ნიუტონის დაკვირვება, რომ “ყველაფერი ისე იქცევა, თითქოს…” მიუხედავად იმისა, რომ ეს მართლაც ასეა დიდი სიზუსტით მზის სისტემა, ეს არის აშკარა სიცრუე გალაქტიკებს და სხვა გარეგალაქტიკური სისტემები. იმ შემთხვევაში, თუ გაიმართება, ჩვენ არ გვაქვს საჭიროება მუქი საკითხზე. ჩამოსხმა ბრალი ნაცვლად სიმძიმის შეიძლება იყოს შესაბამისი, თუ არსებობს მოდიფიკაცია ნიუტონის ფორმულა, რომელიც აკმაყოფილებს სული მისი ეს “ყველაფერი ისე იქცევა, თითქოს…”
არაერთი ასეთი მცდელობა გაკეთდა და ბევრიც ჩავარდა. ამ წარუმატებლობამ ხალხს უბიძგა ბნელი მატერიის მიმართულებით. ჯერ კიდევ არსებობს ერთი იდეა, რომლის გამოც მარცხი უნდა იყოს. 1983 წელს, ისრაელმა ფიზიკოსმა მ. მილგრომ ჰიპოთეზა გაუყარა სპეციფიკურ ცვლილებას ნაწილაკების მოძრაობის განტოლებაში ძალიან დაბალი აჩქარებით. მან ამას ნიუტონის შეცვლილი დინამიკა ანუ MOND უწოდა. MOND ამცირებს ჩვეულ ნიუტონურ ფორმას მაღალი აჩქარების რეჟიმში, მაგრამ 1011 წლის 1-ზე ნაკლები აჩქარებით, თუ რას ვგრძნობთ აქ დედამიწას, ყველაფერი იცვლება ისე, რომ შეიძლება მასობრივი შეუსაბამობა გამოიწვიოს.
მას შემდეგ, რაც განტოლებების MOND (ან ნებისმიერი სხვა ჰიპოთეზების მოდიფიკაცია) იწერება, მათ დატოვონ პატარა ოთახი მანევრის. ზუსტი დინამიკური მონაცემები, როგორიცაა როტაციის მოსახვევებში სპირალური გალაქტიკები, უნდა დაიცვას გამოყენებასთან MOND დაკვირვების განაწილების მნათობი საკითხზე (ვარსკვლავი და გაზი). თითოეული galaxy უზრუნველყოფს უნიკალური გამოცდა ჰიპოთეზა. შეესაბამება დაფიქსირდა როტაციის მოსახვევებში გალაქტიკები, როგორიცაა, რომ ნახ. 1 უკვე შესრულებული 100-ზე მეტი გალაქტიკები, შესადარებელი შედეგები. მიუხედავად იმისა, რომ, რა თქმა უნდა, შემთხვევითი თავსატეხი, არ არსებობს ცნობილი შემთხვევებში, როდესაც MOND აშკარად ვერ. უმრავლეს, ნათლად გამოსდის. MOND არის ფორმულა, რომელიც აკმაყოფილებს ნიუტონის ეს “ველაფერი ისე იქცევა, თითქოს…”
1983 წლის თავდაპირველ ნაშრომებში მილგრომმა გააკეთა პროგნოზები “დაბალი ზედაპირის სიმძიმის” გალაქტიკების მაშინდელ უცნობი კლასის შესახებ. თუ MOND სწორია, ეს ობიექტები უნდა გამოავლინონ დიდი მასობრივი შეუსაბამობებით, რადგან მათი დიფუზური მანათობელი მასა კიდევ უფრო სუსტი გრავიტაციული აჩქარება უზრუნველყოფს, ვიდრე ნათელ გალაქტიკებში ნაპოვნი უკვე დაძაბული ოდენობა. მან ჩამოთვალა ამ პროგნოზის არაერთი კონკრეტული, გამოსაცდელი შედეგი. იმ დროს, ასეთი ობიექტები იშვიათად ან არარსებულად თვლიდნენ. მოგვიანებით ისინი აღმოაჩინეს და ახლა ცნობილია როგორც “დაბალი ზედაპირის სიკაშკაშე” გალაქტიკა. ამ ახალი ობიექტების საკუთარი ინტერესის შესწავლისას, ასტრონომებმა თანდათანობით დაგროვეს მონაცემები, რომლებიც საჭიროა მილგრომის დიდწილად დავიწყებული, ათწლეულების წინანდელი პროგნოზების შესამოწმებლად. ეს საკმაოდ შოკისმომგვრელი აღმოჩნდა, რომ მონაცემებში ყოველი მათგანი რეალიზებული იყო. მიუხედავად იმისა, რომ მეცნიერება პრინციპში მიდის წინ წამოყენებული ჰიპოთეზების მშენებლობაში, რაც პროგნოზირებას ახდენს, რის შემდეგაც შეიძლება ტესტირება, იშვიათი შემთხვევაა, რომ პრაქტიკაში პრაქტიკულად მიჰყვება ამ მოდელს ასე სისუფთავე.
MOND – ის ეს წარმატებები ყველაზე აშკარაა იმ ადგილებში, სადაც ყველაზე ზუსტია დინამიური მონაცემები. თუმცა, არსებობს მრავალი სხვა სისტემა, სადაც სურათი ნაკლებად ნათელია. დინამიური კანონების ნებისმიერი მოდიფიკაცია უნდა ახსნას მასობრივი შეუსაბამობა ყველგან. იგი უნდა მუშაობდეს არა მხოლოდ ბრუნვის მოსახვევებზე, არამედ სფერული გალაქტიკების სიჩქარეზე გადასასვლელად, გალაქტიკების მტევნების გაზის ტემპერატურაზე და გალაქტიკების თავისებურ მოძრაობებზე, სამყაროს ფართომასშტაბიან სტრუქტურაში.
როგორც ჩანს, MOND – ს სერიოზული სირთულეები აქვს გალაქტიკების მდიდარ მტევნებში: მბზინავი მასა დაეცემა დაახლოებით ორი ფაქტორი, რაც საჭიროა დაკვირვებების ასახსნელად. ერთი მხრივ, ეს შეიძლება არც ისე ცუდი ჩანდეს: ასტრონომიაში ორი ფაქტორით მოხვედრა ხშირად განიხილება როგორც დიდი წარმატება. მეორეს მხრივ, შეუსაბამობა ნამდვილია. ეს გულისხმობს, რომ ჯერ კიდევ არსებობს გარკვეული მასა, რომელიც ჯერ კიდევ აღმოჩენილია მტევნებში. ეს, ფაქტობრივად, იწვევს ბნელი მატერიის გარკვეულ ფორმას – ძნელად გასაყიდი წერტილია თეორიისთვის, რომელიც ცდილობს თავი დააღწიოს ასეთ ნივთებს. ეს შეიძლება ფუჭად ჩაითვალოს MOND – სთვის, რადგან ეს არ იყო იმის გამო, რომ ადრე კლასტერებში დიდი მასის უზარმაზარი რეზერვუარების აღმოჩენა მოხდა. დიდი ხნის განმავლობაში ფიქრობდნენ, რომ გალაქტიკებში არსებული ვარსკვლავები, რომლებიც მტევანი იყო, აქ ნორმალური მატერიის ყველაზე დიდი რეზერვუარი იყო. დაახლოებით ათი წლის წინ, აშკარა გახდა, რომ ცხელი, დიფუზური გაზის მასა, რომელიც გავრცელებულია მტევანი გალაქტიკებს შორის, მნიშვნელოვნად აღემატება მასას ვარსკვლავებში. ეს ასეა, ძნელია დარწმუნებული იყავი, რომ ორი ადამიანის კიდევ ერთი ფაქტორი არ გამოდგება.
კიდევ ერთი პრობლემა არის კოსმოლოგია. არაინდიფიცირებული ზოგადი ფარდობითობა უზრუნველყოფს დამაკმაყოფილებელ ინტერპრეტაციას ცხელი დიდი აფეთქების კოსმოლოგიის ემპირიული ასპექტებისთვის – სამყაროს გაფართოება, მსუბუქი ელემენტების ბირთვული სინთეზი და რელიქტური გამოსხივება, რომელიც კოსმოსური მიკროტალღური ფონის სახელითაა ცნობილი. სტანდარტული კოსმოლოგიის წარმატება ხშირად თანაბარია MOND – ის წინააღმდეგ მტკიცებულებებთან. ამასთან, სტანდარტული კოსმოლოგია სიცოცხლისუნარიანი მხოლოდ მაშინ არის შესაძლებელი, თუ მასის 90% მართლაც არსებობს ჯერ კიდევ ჰიპოთეტურ ფორმაში – ძნელად გამოსაყენებელი რამ. უფრო უარესი, ბოლო წლების განმავლობაში გახდა აუცილებელი აინშტაინის თვითგანწერილი „უდიდესი შეცდომის“ გაცოცხლება: კოსმოლოგიური მუდმივი. შეიძლება გაკვირვებული იყოს თუ არა ეს უცნაური მონაცვლეობა რაიმე უფრო დიდ ჭეშმარიტებასთან დაკავშირებით.
კოსმოსური მიკროტალღური ფონი შეიძლება დაგვეხმაროს ამ საკითხის გადაწყვეტაში. ბნელი მატერიით სავსე სამყარო დიდი განსხვავებული ნიშნის ნიშანს ტოვებს დიდი აფეთქების ამ ექოზე, ვიდრე ერთი ბნელი მატერიის გარეშე. ბოლოდროინდელი დაკვირვებანი ტატალალიზაციულად მიუახლოვდა ორივეს შემთხვევას, მაგრამ საბოლოოდ ვერ შეძლო მკაფიო განსხვავება. კოსმოსური მისიები, როგორიცაა NASA – ს MAP და ESA – ს PLANCK, იმედია შეასრულებს ხრიკს.
მიუხედავად იმისა, რამდენად მართებულია MOND როგორც თეორია, იგი წარმოადგენს დაკვირვებულ ფენომენოლოგიას, რომელიც ახსნას მოითხოვს. აქ მოცემულია ბნელი მატერიის სურათი. ბნელი მატერიის თეორიების როტაციის მოსახვევებში ბუნებრივი მოლოდინი არ ჰგავს MOND და, შესაბამისად, ვერ ახდენს ელემენტარული დაკვირვების ფაქტების რეპროდუცირებას. ბნელი მატერიის საუკეთესო თეორია, რომლის გაკეთებაც იმედი გვაქვს, შეიძლება ითქვას, რომ MOND– ს ჰგავს და, ამრიგად, პოსტინდუსტრირებულია ის მრავალი რამ, რაც მილგრომმა წარმატებით გაითვალისწინა. ეს იძლევა ერთ ჭეშმარიტ პაუზას იმის გათვალისწინებით, თუ როგორ აპირებენ მეცნიერება.
დებატების შორის მუქი საკითხზე და MOND არის განაახლოს. გარკვეული შეშფოთება გამოთქვა ბოლო წლებში, რომ მეცნიერების თავის დასასრულს. ყველა ძირითადი აღმოჩენები გაკეთდა; არაფერი არ არის ნამდვილად ახალი მარცხენა აღმოჩენა. ეს განწყობა ეხმიანება სიტყვები რეზერფორდი თითქმის ერთი საუკუნის წინ: “ყველა რომ რჩება… შევსება ბოლო რამდენიმე ათობითი რაოდენობა.” ახლა, როგორც მაშინ, ჭორები ბოლოს ფუნდამენტური მეცნიერების ძალიან გადაჭარბებულია.
გრაფიკი 1: როტაცია მრუდი ჯუჯა გალაქტიკა NGC 1560. ქვედა ხაზი არის როტაცია იწინასწარმეტყველა მიერ გამოყენების ნიუტონის გრავიტაციის დაფიქსირდა ვარსკვლავები და გაზი. ეს აკმაყოფილებს დაკვირვების როტაცია, რასაც დასკვნა მუქი საკითხზე შეადგინოს განსხვავება. ზედა ხაზი გვიჩვენებს როტაციის მოსალოდნელია გამოყენების MOND დაკვირვების ვარსკვლავები და გაზი. მსგავსი შედეგები ახლა ცნობილია 100 -ზე მეტი გალაქტიკაა. გაითვალისწინეთ, რომ ამ შემთხვევაში, მაშინაც კი kink შეინიშნება გაზის სადისტრიბუციო აისახება როტაცია. ეს არის უაღრესად რთული ასახსნელია, მუქი საკითხზე, რომელიც არ არის განაწილებული როგორიცაა მნათობი მასა. MOND არის ფორმულა, რომელიც აკმაყოფილებს ნიუტონის ეს “ყველაფერი ისე იქცევა, თითქოს…”
