В.П. Сивцов
26.04.2012 г.

  На главную раздела "Научные работы"


          Современные представления о природе гравитации не дают удовлетворительного ответа на ряд проблем, к каковым, в частности, относятся: проблема эволюции галактик, их взаимодействий, а также феномен скрытой массы галактик, их скоплений и сверхскоплений.

          К предположению о наличии скрытой массы, сосредоточенной в коронах галактик, приводит наблюдаемый факт независимости орбитальной скорости движения периферических спутников и газовых облаков от расстояния до центра галактики [1, 2]. Данный факт не согласуется с общепринятым представлением, согласно которому скорости обращения небесных тел в космических системах должны убывать с расстоянием в соответствии с третьим законом Кеплера: V Пример изображения 1/√r. Для ликвидации данного противоречия и была предложена гипотеза о наличии скрытой массы в коронах галактик [1]. Величина скрытой массы в галактике оценивается величиной её динамической массы (M), которая на порядок превышает массу видимой части галактики. Из теоремы вириала [2] следует, что величина динамической массы растёт пропорционально расстоянию до центра галактики: M  r. Однако поиски скрытой массы в галактиках до сих пор не привели к желаемым результатам. В то же время анализ многих двойных галактик не подтвердил существование корон в них [2].

Кривая вращения дисковой галактики
Кривая вращения дисковой галактики.
A — без учёта скрытой массы, B — наблюдаемая


          Рассмотрение экспериментально полученных кривых дифференциального вращения галактик (рис.) [2] показывает, что отвечающее третьему закону Кеплера радиальное распределение скоростей является частным случаем распределения скоростей орбитального движения небесных тел в них. Из этого следует, что и закон всемирного тяготения Ньютона также является частным случаем проявления силовых полей в космических системах, поскольку он базируется на третьем законе Кеплера. В связи с этим возникает вопрос. Является ли правомерным использование теоремы вириала для оценки массы галактик? Действительно, в основу теоремы положено гравитационное взаимодействие Ньютона. Последнее же приводит к парадоксальной ситуации, когда для объяснения динамики движения небесных тел с заведомо иным, отличным от кеплеровского распределения скоростей привлекается закон, основанный на кеплеровском распределении. С данной точки зрения, введение понятия скрытой массы является логически противоречивым.

          По мнению автора, решение проблемы распределения скоростей на периферии галактик заключается не в наличии здесь скрытой массы, а в ином, отличном от сферического, распределении видимого вещества в галактиках. С данной точки зрения, различному распределению вещества в галактиках соответствует различная зависимость силы от расстояния и, как следствие, различное распределение тангенциальной составляющей скорости её спутников. Так, если сферическое распределение вещества в космических системах определяет силу взаимодействия, описываемую законом Ньютона, а соответствующая зависимость скорости от расстояния подчиняется третьему закону Кеплера V  1/√r, то для другого, отличного от сферического вида распределения материи в космических системах, сила гравитационного взаимодействия, как и распределение скоростей, будут отличаться от описываемого законами Ньютона и Кеплера.

          Подобная картина имеет место и в электростатике, где вид распределения заряда определяет вид силового поля, окружающего данный заряд. Например, при сферически-симметричном распределении заряда электрическое поле описывается законом Кулона, являющимся аналогом закона гравитации Ньютона. Аналогично и иному, не сферическому распределению заряда отвечает и иная зависимость электрического поля от расстояния [3].

          Следуя аналогии зависимости гравитационных и электростатических сил от расстояния, проанализируем возможность другого объяснения причины нарушения закона Кеплера на периферии галактик. Для этого вновь коснёмся предыстории вопроса. Как выше отмечалось, результаты наблюдений за движением периферических спутников и газово-пылевых облаков в галактиках не укладываются в традиционные представления, согласно которым их скорости должны убывать с расстоянием по закону Кеплера. С другой стороны, практическая неизменность скоростей орбитального движения от расстояния до центра галактики показывает, что и центростремительная сила не отвечает классической силе гравитации Ньютона, поскольку, в данном случае, она изменяется обратно пропорционально не второй, а первой степени расстояния: F = mv2/r, при v = constant, где m — масса спутника. Оба указанных факта вступают в противоречие с классическими представлениями, из чего, всё же, был найден выход. Однако для этого потребовалось выполнение двух дополнительных условий. Во-первых, для того чтобы выполнялся закон гравитации Ньютона, распределение вещества на периферии галактики должно отвечать сферической симметрии, а во-вторых, для того чтобы центростремительная сила, при неизменности скорости орбитального движения от расстояния, изменялась обратно пропорционально первой степени расстояния, необходимо, чтобы масса галактики росла прямо пропорционально расстоянию от её центра. Этот факт не согласуется с быстрым убыванием плотности вещества, наблюдаемым в гравитационно-связанных космических системах. Приведённые факты, как и то, что корона галактик должна состоять из особого вида материи, например, нейтрино или им подобных слабо взаимодействующих частиц, ставят феномен скрытой массы в разряд маловероятных.

          В данной связи предлагается альтернативная точка зрения. При этом, отвлекаясь от обязательности выполнения вышеуказанных условий, примем во внимание лишь факт изменения центростремительной силы обратно пропорционально первой степени расстояния: F  1/r. Воспользовавшись аналогией зависимости центростремительной силы от расстояния для гравитации и электростатики, можно сопоставить соответствующую зависимость силы гравитации с аналогичной зависимостью от расстояния электростатической силы, полученной с помощью теоремы Гаусса для аксиально распределённого заряда: F = Пример изображения, где Пример изображения — линейная плотность приведённого к оси симметрии заряда, Пример изображения — величина пробного заряда, Пример изображения — расстояние,  Пример изображения— коэфициент.

          Подобие математической записи для гравитационных и электростатических сил позволяет, в данном случае, применить теорему Гаусса и для гравитационных сил [3]. Полагая при этом, что распределение вещества на периферии галактик также отвечает аксиальной симметрии, выражение для соответствующей гравитационной силы будет иметь вид: F = Пример изображения где G — гравитационная постоянная, Пример изображения — линейная плотность приведённой к оси симметрии массы галактики, m — масса спутника.

          Приравнивая данную формулу к формуле для центростремительной силы: Пример изображения = mv2/r — и сокращая в обеих частях равенства подобные члены, получим следующую формулу для линейной плотности вещества галактики: Пример изображения = ½ v2/G. Из последнего соотношения следует, что линейная плотность приведённой к оси симметрии массы галактики должна оставаться постоянной с того радиуса галактики, откуда начинается отсчёт постоянства скорости орбитального движения галактических спутников. Иначе говоря, вещество, находящееся за пределами этого радиуса, не даёт заметного вклада к приращению массы галактик. Основной вклад в данном случае может вносить масса звёздного вещества и газово-пылевой материи, сосредоточенной в диске галактики. Последний, вбирая в себя значительную часть массы галактики, служит своеобразным массивным остовом, вокруг которого обращаются периферические спутники и газо-пылевые облака галактики. Масса такого остова может быть определена через полученную выше формулу для линейной плотности Пример изображения. Так, например, полученная с помощью данной формулы оценка массы диска нашей Галактики МD даёт значение: МD ≈ 0,5·1044 г, что по порядку величины близко к массе видимой части Галактики, полученной иными способами [2].

          Таким образом, для объяснения динамики движения периферических спутников и газово-пылевых облаков нет необходимости привлекать гипотезу скрытой массы, сосредоточенной в коронах галактик. Определяющим фактором, в данном случае, может являться наличие центростремительной силы, обусловленной аксиально-симметричным распределением вещества в диске галактики. В свою очередь, дальнодействие указанной силы, в сравнении с силой гравитации Ньютона, определяет и столь большую протяжённость орбит периферических спутников галактики.


Литература
1.    Л. Э. Гуревич, А. Д. Чернин. Происхождение галактик и звёзд. — М.: Наука, 1983. — 192 с.
2.    Физика космоса /Под ред. Р. А. Сюняева. — М., 1986. — 784 с.
3.    Л. Д. Ландау. Курс лекций по общей физике. — М.: МГУ, 1948. — 278 с.




Сивцов В. П.
Статья поступила в редакцию 23.04.2012
 

Добавить комментарий Сообщение модератору


Защитный код
Обновить