Аномалии поведения двойных звёзд могут заставить пересмотреть теорию относительности
Со времени разработки Общей теории относительности предпринималось бесчисленное множество попыток её опровергнуть, но ОТО с честью выходила из всех испытаний. Однако новое масштабное исследование двойных звёзд показывает огромный разрыв данных наблюдений с предсказаниями уравнений Ньютона-Эйнштейна.
В исследовании, проведённом профессором астрофизики университета Седжонг в Сеуле Кю-Хен Чэ, были проанализированы до 26 500 двойных звёзд в радиусе 650 световых лет от Земли. Результаты ошеломляют: были получены убедительные доказательства нарушения стандартной модели гравитации при низком пределе ускорения далеко расположенных двойных звёзд.
Дело в том, что, когда две звезды обращаются по орбите вокруг друг друга с ускорениями менее одного нанометра в секунду в квадрате, они начинают отклоняться от предсказаний универсального закона тяготения Ньютона и общей теории относительности Эйнштейна. Для ускорений менее 0,1 нанометра на секунду в квадрате наблюдаемое ускорение примерно на 30-40% выше, чем предсказание Ньютона-Эйнштейна.
Списать это на погрешность наблюдений не выйдет – ускорения больше 10 нанометров на секунду в квадрате хорошо согласуются с расчётами, что подтверждает точность анализа. В случае же малых ускорений разница с вычислениями «улетает» далеко за 5 сигм (причём в одну и ту же сторону, чего не было бы в случае сбоя) – что является колоссальной величиной отклонения. А повторяющаяся ошибка в выборке из 26 с половиной тысяч наблюдаемых систем практически исключена законом больших чисел.
Чэ объясняет: «C самого начала мне казалось очевидным, что гравитацию можно наиболее непосредственно и эффективно проверить, рассчитав ускорения, потому что гравитационное поле само по себе является ускорением. <…> Галактические диски и широкие двойные [звёзды] имеют некоторое сходство в своих орбитах, хотя орбиты широких двойных сильно вытянуты, а частицы газообразного водорода в галактическом диске движутся почти по кругу».
Особенно интригует то, что «дыра» в Общей теории относительности при ускорениях слабее одного нанометра в секунду в квадрате была замечена ещё 40 лет назад физиком-теоретиком Мордехаем Милгромом из Института Вейцмана в Израиле. Он предложил новую теоретическую структуру, называемую модифицированной ньютоновской динамикой (MOND). Но все эти сорок лет для неё не было экспериментальных подтверждений.
Более того, даже точный коэффициент усиления ускорения – 1,4 – тоже был предсказан Милгромом и физиком Джейкобом Бекенштейном. Для вычисления коэффициента требуется эффект внешнего поля от Млечного Пути – таким образом, данные широких двойных звезд показывают не только нарушение ньютоновской динамики, но и проявление эффекта внешнего поля измененной гравитации.
«Кажется невозможным, что заговор или неизвестная систематика могут вызвать это зависящее от ускорения нарушение стандартной гравитации», – подчёркивает Чэ.
Для современных представлений о гравитации полученные данные сравнимы с революцией – почти такой же, как и само появление ОТО. В конечном итоге она должна привести к разработке новой всеобъемлющей теории, включающей и слабое ускорение (так же как аномалии на орбитах Меркурия, наблюдавшиеся в девятнадцатом веке, привели к появлению теории Эйнштейна).
Как замечает сам Милгром: «Если эта аномалия подтвердится как нарушение ньютоновской динамики, и особенно если она действительно согласуется с самыми прямыми предсказаниями MOND, это будет иметь огромные последствия для астрофизики, космологии и для фундаментальной физики в целом».
То же мнение выражают и другие учёные. Например, Ксавьер Эрнандес, профессор Национального автономного университета Мексики, подмечает: «Волнительно, что отклонение от ньютоновской гравитации, о котором моя группа заявляла в течение некоторого времени, теперь независимо подтверждено, и впечатляет, что это отклонение впервые было правильно определено как точно соответствующее подробной модели MOND».
Павел Крупа, профессор Боннского университета и Карлова университета в Праге, приходит к тем же выводам: «Благодаря этому исследованию широких двойных звёзд, а также нашим наблюдениям за звездными скоплениями вблизи Солнца, данные теперь убедительно указывают на то, что гравитация является милгромианской, а не ньютоновской. Последствия для всей астрофизики огромны».
