Группа физиков из Швейцарии и Бразилии нашла относительно простой способ проверки предсказаний модифицированной ньютоновской динамики (МоНД) на Земле.

Теория МоНД была разработана более 25 лет назад с целью решения проблемы вращения галактик. Суть этой проблемы заключается в том, что наблюдаемая скорость вращения звезд вокруг центра галактики практически не изменяется в большом диапазоне расстояний от центра, тогда как классическая ньютоновская динамика прогнозирует (при учете видимой массы) ее постепенное снижение при движении к краям. В настоящее время это несоответствие принято объяснять существованием темной материи.

МоНД дает хорошее соответствие экспериментальным данным при расчете скорости движения звезд, находящихся на разных расстояниях от центра спиральной галактики NGC 6946 (иллюстрация из журнала Science).

Альтернативное объяснение прекрасно работает и при учете одной только барионной материи. Сторонники теории МоНД предлагают изменить всем известную формулу F = m•a на F = m•μ(а/а₀)•a, где а₀ — новая константа, равная примерно 10^-10 м/с². Множитель μ(а/а₀) принимает значение 1, если а много больше а₀, и а/а₀, если а, напротив, меньше а₀.

В рамках МоНД рассматриваются два подхода. Первый предполагает модификацию только гравитационной силы; выражение F = m•g в этом случае заменяется на F = m•g’, причем μ(g’/а₀)•g’ = g. В другом варианте рассматривается изменение второго закона Ньютона в целом.

Разумеется, в обычной жизни со столь малыми ускорениями, на которых проявляются эффекты МоНД, мы не сталкиваемся, и законы Ньютона можно считать верными. Первый реальный способ наблюдения таких эффектов на Земле был предложен лишь в 2007 году (см. статью в журнале Physical Review Letters). Оказалось, что особенности вращения нашей планеты вокруг своей оси и движения ее в космическом пространстве позволяют отыскать две точки на поверхности, где в дни равноденствия на короткий промежуток времени создаются такие условия, в которых статичные частицы могут испытывать чрезвычайно слабое ускорение, свидетельствующее о нарушении второго закона Ньютона. К сожалению, провести подобный эксперимент пока никто не пробовал: требуется оборудование высочайшей точности, да и объем пространства, в котором наблюдаются эффекты, составляет лишь около 0,1 м³.

Авторы предлагают намного более простой способ проверки МоНД, реализуемый в любое время в любой точке Земли. В своей работе они рассматривают вращающийся диск, на котором размещается тестовая частица; оказывается, при тщательном расчете и контроле положения и скорости вращения диска можно добиться того, что эффекты МоНД будут проявляться в небольшой области его поверхности. Если эксперимент проводится в экваториальном поясе, а радиус диска составляет 1 м, то площадь области примерно равняется 10^-8 м²; на измерение в этом случае отводится около 10^-6 с.

В таком опыте проверяется последний из упомянутых выше вариантов МоНД. Протестировать первый можно только в космосе.

Препринт статьи ученых можно скачать с сайта arXiv.

Подготовлено по материалам NewScientist и Компьюлента