Решён
Как замедление времени влияет на вращение галактик?

Игорь Лебедев Физика
2.1k
5

Читал про гравитационное замедление времени и теорию относительности, и возник вопрос. Если время течет медленнее в сильном гравитационном поле (например, ближе к центру галактики), то как это влияет на наблюдаемую скорость вращения звезд на разных расстояниях от центра?

Конкретнее: кривые вращения галактик не совпадают с предсказаниями ньютоновской механики - звезды на краях вращаются быстрее чем должны бы. Это объясняют темной материей. Но может ли разница в темпе времени на разных радиусах галактики хоть частично объяснять этот эффект? Или этот фактор настолько мал что им пренебрегают?

Решение
87
Эксперт • 4 ответа

Вопрос правильный и его задают часто. Эффект релятивистского замедления времени внутри галактик реален, но его величина на несколько порядков меньше той, что нужна для объяснения аномалии кривых вращения.

Гравитационный потенциал в центре типичной спиральной галактики типа Млечного Пути дает разницу хода часов между центром и периферией порядка 10^-6 - это одна миллионная. Для сравнения, эффект на поверхности Земли относительно орбиты спутников GPS составляет около 10^-10, и даже он требует коррекции. Но аномалия кривых вращения требовала бы поправки порядка нескольких десятков процентов к видимой массе. Разница принципиальная.

Существуют альтернативные теории гравитации (MOND - модифицированная ньютоновская динамика, и ее релятивистские обобщения типа TeVeS), которые пытаются объяснить аномалию именно через модификацию уравнений, а не через темную материю. Они не связаны напрямую с замедлением времени, но лежат в том же концептуальном пространстве - может быть, гравитация ведет себя иначе на галактических масштабах. Пока консенсус в пользу темной материи, но вопрос остается открытым.

Аватар Игорь Лебедев

Про MOND не знал, спасибо за направление. Буду копать.

34
Участник • 1 ответ

На самом деле вопрос касается гораздо более глубокой проблемы: что вообще считать "наблюдаемой скоростью" в контексте ОТО.

Когда мы измеряем доплеровское смещение спектра звезд на краю галактики, мы наблюдаем фотоны, которые прилетели к нам из области с другим гравитационным потенциалом. Эти фотоны несут информацию о собственном времени источника. Но астрономы делают поправки на гравитационное красное смещение при интерпретации данных? В галактических масштабах - нет, потому что эффект слишком мал и тонет в других погрешностях.

Тем не менее ваш вопрос концептуально важен: ОТО в полной форме до сих пор не применялась последовательно к задаче вращения галактик. Большинство расчетов используют ньютоновское приближение + поправки. Есть работы Клиффорда Уилла и других, которые показывают что полный релятивистский расчет дает отклонения, но они действительно слишком малы.

11
Участник • 2 ответа

Темная материя вообще спорная концепция. Есть мнение (и довольно серьезные работы) что это просто способ замести под ковер несоответствие между теорией и данными. Если модель не работает - меняют не модель, а вводят новую невидимую сущность. Науке так удобнее. MOND объясняет кривые вращения не хуже темной материи, при этом не требует 85% невидимого вещества во Вселенной.

Аватар Женя USB-C

MOND плохо работает для скоплений галактик, там без темной материи не обойтись даже с модифицированной гравитацией. Это его главная проблема.

20
Участник • 1 ответ

Проще говоря: да, замедление времени у центра галактики есть, но оно примерно как разница в толщине волоса по сравнению с расстоянием от Земли до Солнца. Темная материя требует в сотни тысяч раз большего эффекта. Не то.

0
Участник • 2 ответа

Интересный вопрос, я сам думал об этом когда читал Хокинга. Мне кажется что ученые просто не хотят признавать что классическая физика не работает на таких масштабах и придумывают темную материю чтобы не переписывать уравнения. Может это просто другое измерение или что то такое.

Написать ответ

Премодерация гостей

Вы отвечаете как гость. Ваш ответ будет скрыт до проверки модератором. Чтобы ответ появился сразу и вы получали репутацию — войдите в аккаунт.

Будьте вежливы и соблюдайте правила платформы.