Скорости вращения галактик и общая теория относительности

Правда ли, что предсказания общей теории относительности не совпадают с наблюдениями за скоростью вращения галактик, и что это привело к поиску темной материи? Только ли скорости вращения галактик противоречат ОТО, или есть и другие наблюдения, которые также не соответствуют предсказаниям?

Нет, это неправильно. ОТО соответствует наблюдениям за определенным распределением темной материи.
@ m4r35n357 Это соответствует, только если есть темная материя?
Для тех, кому интересно, это видео хорошо раскрывает тему. youtu.be/fUAzc1evIBo
мы должны выбрать распределение материи, чтобы использовать теорию ОТО. Если что-то не совпадает, мы можем найти распределение материи, которое это исправит. Это предсказательная сила GR. Итак, если ОТО верна, то распределение материи должно быть таким-то и таким-то. Это предсказание, которое можно опровергнуть, делает ОТО полезной теорией.

Ответы (3)

Общая теория относительности не имеет ничего общего с орбитальной скоростью галактики. Общая теория относительности описывает сильные гравитационные поля и глобальную геометрию пространства-времени. Однако в пределе слабого поля Общая теория относительности просто соответствует ньютоновской гравитации, поскольку ньютоновская гравитация уже соответствует наблюдению для слабого поля.

Поскольку гравитация в галактическом масштабе чрезвычайно слаба, орбитальная скорость противоречит ньютоновской гравитации. Прямого противоречия с общей теорией относительности нет, а только через ньютоновское тяготение. Концептуально не исключено, что однажды кто-то найдет какие-то дополнительные начальные или граничные условия или какие-то другие условия, которые сделают общую теорию относительности в галактическом масштабе отличной от ньютоновской гравитации, тем самым разрешив противоречие.

В настоящее время существует два основных подхода к решению этой проблемы. Один из них предполагает существование Темной Материи . Плюсы в том, что это предположение объясняет наблюдения, в том числе Gravitational Lensing . Минусы в том, что сама темная материя не наблюдалась и в настоящее время не является частью Стандартной модели элементарных частиц. Другой подход заключается в изменении ньютоновской гравитации в галактическом масштабе. Одна из таких попыток известна как МОНД или модифицированная ньютоновская динамика . Плюсы в том, что не требуется ненаблюдаемая темная материя. Минусы в том, что данные наблюдений не полностью объяснены и нет очевидной фундаментальной теоретической основы для модификации.

Мне понравилось это описание MOND. Это довольно беспристрастно, но заставляет вас понять, что плюсы на самом деле не очень хорошо уравновешивают эти минусы. Это меня рассмешило.
« Предполагается , что Общая теория относительности соответствует ньютоновской гравитации». Это не просто предположение, что общая теория относительности соответствует ньютоновской гравитации в пределе слабого поля. Соответствие можно показать математически, см., например, Wald, раздел 4.4.
Все мои комментарии выше, конечно же, следует понимать и как относящиеся к ньютоновской физике. Итак, если прогнозы не соответствуют измерениям, у нас есть два подхода: либо мы меняем параметры модели, чтобы они соответствовали данным, либо мы можем изменить всю модель. Я бы выбрал первое, если только ОТО или Ньютон(!) не фальсифицированы каким-то другим способом.
@enumaris Спасибо за разъяснения. Я обновил ответ. Нам просто нужно предположить отсутствие поля на бесконечном расстоянии, но обратный квадрат действительно происходит из метрики Шварцшильда.

Гм, если галактика может преломлять свет вокруг себя, то массу галактики нужно брать как единое целое при учете скоростей вращения галактик на ее краях. Поскольку галактика в целом представляет собой чрезвычайно большую массу, гравитация и ее влияние на орбитальные скорости на внешнем краю галактики будут весьма значительными. Поскольку общая теория относительности описывает инерционные эффекты массы, расширяющейся наружу (сила, которую мы ощущаем как гравитацию), эта внешняя сила всей галактики, взятой в целом, должна заставлять массу на ее внешних краях «подталкиваться» к более высоким орбитальным скоростям, поскольку пространство/время изгибается наружу — так же, как свет изгибается вокруг галактики.

Это не дает ответа на вопрос. Когда у вас будет достаточно репутации, вы сможете комментировать любой пост ; вместо этого предоставьте ответы, которые не требуют разъяснений от спрашивающего . - Из обзора
Мой пост был не ответом, а комментарием к ответу «Общая теория относительности не имеет ничего общего с орбитальной скоростью галактики». и «Потому что гравитация в галактическом масштабе чрезвычайно слаба…» Если бы эти ответы были верны, свет не огибал бы галактику. Настоящий вопрос должен звучать так: «Использовал ли кто-нибудь общую теорию относительности для расчета скорости вращения галактики?» Вот ссылка на одно исследование «Кривые вращения галактики из общей теории относительности». Я уверен, что есть и другие исследования, которые пытались использовать общую теорию относительности для описания кривых скоростей галактик.

Общая теория относительности в режиме слабого поля и для низких скоростей (так называемое постньютоновское расширение, отличающееся от случая слабых полей, но произвольных скоростей, так называемое постминковское расширение) сводится к ньютоновской гравитации, так что темная материя требуется для ОТО так же, как и для ньютоновской гравитации. Это можно показать с помощью гравитомагнитных уравнений (см. arXiv:2207.09736 и ссылки в нем). ^-6. Следует напомнить, что кривая вращения экспоненциального диска (как это наблюдается в реальных дисковых галактиках) НЕ является кеплеровой внутри диска, как известно с 80-х годов. Темная материя требуется только из кривой вращения HI далеко за пределами оптического (звездного) диска.

Скорости вращения галактик и общая теория относительности
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v