Физики из Университета Вандербилта, Виргинского политехнического института и университета штата и Северокаролинского университета (все — США) нашли оригинальный способ объединения теорий тёмной материи и модифицированной ньютоновской динамики (МоНД). Теория МоНД была разработана более 25 лет назад с целью решения проблемы вращения галактик. Суть проблемы заключается в том, что наблюдаемая скорость вращения звёзд вокруг центра галактики практически не изменяется в большом диапазоне расстояний от центра, тогда как классическая ньютоновская динамика прогнозирует (при учёте только видимой массы) её постепенное снижение при движении к краям.

Сторонники МоНД меняют известную формулу F = m•a на F = m•μ(а/а₀)•a, где а₀ — константа, примерно равная 10^-10 м/с². Множитель μ(а/а₀) принимает значение 1, если а намного больше а₀, и а/а₀, если а, напротив, меньше а₀.

Эта модификация хорошо описывает зависимости в масштабах галактик, однако в случае их скоплений и на космологических дистанциях более точные результаты даёт теория холодной тёмной материи, благодаря чему последняя и стала основой современной космологии.

Кривая вращения галактики Андромеды. Сверху дана кривая, полученная при расчёте в рамках ньютоновской динамики, снизу — результат использования МоНД. (Иллюстрация из Astronomy & Astrophysics.)

Авторы постарались объединить два подхода в рамках недавно представленной голландским физиком Эриком Верлинде (Erik Verlinde) «энтропийной» интерпретации гравитации. В своей работе Верлинде вывел второй закон Ньютона (F = m•a), опираясь на законы термодинамики и понятие энтропии.

Американские физики действовали по схеме, которую предложил их коллега, и получили выражение для силы в случае Вселенной, расширение которой ускоряется (то есть Вселенной, соответствующей современным представлениям). Это выражение, как выяснилось, допускает двоякую трактовку: можно посчитать, что тёмной материи нет и закон тяготения изменён, но введение скрытой массы также даст желаемый результат. Другими словами, тёмная материя с найденными исследователями параметрами может вести себя — в математическом смысле — так, будто её не существует, а МоНД — действует.

Поскольку учёным удалось вывести уравнения Фридмана, их теория должна полностью согласовываться со стандартной космологической моделью ΛCDM.

Препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.

Подготовлено по материалам Technology Review и Компьюлента.ру.