Funktioniert die Newtonsche Physik im galaktischen Maßstab?

Ich arbeite derzeit an einer Simulation, die darauf abzielt, das Newtonsche Gravitationsgesetz zu verwenden, um zu simulieren, wie sich eine Galaxie gravitativ verhält. Obwohl ich die Simulation noch nicht abgeschlossen habe, haben mir einige Leute gesagt, dass die Newtonsche Physik nicht auf galaktischer Ebene funktioniert und dass ich ein anderes Modell brauche, um eine Galaxie gravitativ genau zu simulieren.

Ist das wahr?

Ja, wenn Sie an dunkle Materie glauben, nein, wenn Sie ein Fan von MOND oder so sind.

Antworten (2)

Ja, die Newtonsche Physik funktioniert im galaktischen Maßstab.

Für Ferninteraktionen mit schnellen Objekten möchten Sie vielleicht die endliche Geschwindigkeit der Schwerkraft berücksichtigen, aber ich denke nicht, dass dies für gewöhnliche Galaxiensimulationen notwendig ist. Umgekehrt treten viele Phänomene auf, die das galaktische Material beeinflussen: Es ist nicht einfach, eine anständige Simulation zu schreiben.

Danke für die Antwort! Welche Art von Phänomen muss ich beim Schreiben der Simulation berücksichtigen?
Man könnte hinzufügen, dass die Newtonsche Physik aus den zugrunde liegenden Gesetzen der Allgemeinen Relativitätstheorie hervorgeht, aber GR-Effekte sind zu "schwach", um notwendig zu sein, um die Mathematik für galaktische Berechnungen zu untersuchen (im Gegensatz zum GPS-System, bei dem große Genauigkeit erforderlich ist, sind die Korrekturen wichtig).
Ethan: Erstens, welche Art von Solver willst du verwenden? SPH ? Zweitens: Sie müssen eine grobe Auflösung im Vergleich zu Objekten verwenden. Gas kondensiert oder advekt, Sterne wandern, also müssen Ihre Teilchen Material austauschen. Dies ist flüssig, aber nicht vollständig. Es gibt auch Geburt und Tiefe von Sternen, die den Inhalt (Menge, Art und Geschwindigkeit des Gases) modifizieren. Übrigens bewegen sich Sterne und Gas nicht mit der gleichen Geschwindigkeit. Schwarze Materie ist erforderlich, einige Leute fragen sich, ob Magnetfelder zählen könnten.
Obwohl ich kein Fan von MOND bin, halte ich es für unklug, so dogmatisch zu sein. Die Newtonsche Gravitation kann auf sehr großen Skalen funktionieren, wenn wir auch dunkle Materie akzeptieren. Oder es kann ein Problem geben, wenn es sich um sehr große Skalen handelt, wie die MOND-Befürworter behaupten.
Nun, in der Physik geht es um Modelle, und viele galaktische Simulationen arbeiten mit reiner Newtonscher Physik, die auf eine Mischung aus Sternteilchen, Gasteilchen und Teilchen der schwarzen Materie einwirkt, was durchaus die Frage war.

Nein, Newtons zweites Bewegungsgesetz ist nur eine Annäherung und funktioniert nicht auf etwas Größerem als einem Sonnensystem. Wenn Sie in den Bereich kommen, in dem die Beschleunigung in der Größenordnung von liegt 10 − 14   k M   S − 2 , dann sieht man Grenzen der Annäherung. Sterne an den Rändern von Spiralgalaxien bewegen sich viel zu schnell, um von Newtons zweitem Bewegungsgesetz beherrscht zu werden. Selbst das Auffüllen einer Galaxie mit imaginärer Materie wird das Problem nicht lösen. Werfen Sie einen Blick auf die Daten für Andromeda und Sie werden eine ansteigende Geschwindigkeitskurve jenseits von 30 kpc sehen, die eindeutig mit dem vorhergesagten Newtonschen Zerfall in Konflikt steht.

Der zweite Hauptsatz lässt sich jedoch leicht fixieren:

∑ ich F ich = M ( A F + A 0 )
A 0 = 3.74 × 10 − 14   k M   S − 2
Angewandt auf eine Kreisbahn ergibt sich:
v = M G R + A 0 R
Wo A F ist die Beschleunigung der Ungleichgewichtskraft (Schwerkraft im Fall eines umlaufenden Sterns) und A 0 ist die ständige Beschleunigung der Expansion des Universums. Probieren Sie es aus! Es behebt jedes Problem mit der Geschwindigkeitskurve, das Sie haben, ohne auf Science-Fiction zurückzugreifen.

Dies ist keine Mainstream-Physik und gehört daher nicht auf diese Seite. Die Geschwindigkeitskurven haben eine gut etablierte Erklärung in Form von dunkler Materie.
Javier - Wenn Sie die Nachrichten nicht beachtet haben, LUX und X e N Ö N 500 haben alle rationalen Gründe für dunkle Materie ausgeschlossen. Darüber hinaus scheint das am LHC entdeckte Higgs-Boson das Higgs-Boson des Standardmodells zu sein, das SUSY effektiv eliminiert. Ihre „Mainstream“-Kosmologie hat keine rationale Grundlage in der Teilchenwissenschaft. Die obige Gleichung ist „widerlegbar“. Wenn Sie also ein Wissenschaftler sind, dann widerlegen Sie es.
Zwei kurze Bemerkungen. Soweit ich das beurteilen kann, suchen diese Experimente nach WIMPs, die nicht die einzigen Kandidaten für dunkle Materie sind, und der LHC hat SUSY definitiv nicht ausgeschlossen. Und nur weil ich Ihre Theorie nicht widerlegen kann, heißt das nicht, dass sie wahr ist.
Ich sagte, es hat SUSY "effektiv" ausgeschlossen. Die Wahrscheinlichkeit, dass Supersymmetrie in irgendeiner Form existiert, ist ungefähr die gleiche wie bei lila Einhörnern. Obwohl ich also nicht mit Sicherheit sagen kann, dass lila Einhörner die Quelle der fehlenden Masse sind, wäre ich sicherlich irrational, wenn ich versuchen würde, eine Kosmologie auf ein solches Prinzip zu stützen.
Und was meine Formel betrifft, so funktioniert Wissenschaft: Sie bilden eine Theorie, dann versucht jemand, sie zu widerlegen. Wenn es widerlegt wird, ist das das Ende der Theorie. Je länger etwas dauert, ohne widerlegt zu werden, desto mehr Autorität hat es als Theorie. Ich habe eine einfache Formel bereitgestellt, die auf einem expandierenden Universum basiert. Wenn Sie nicht glauben, dass es in diesem Forum einen Platz hat, dann sollte es einfach sein, es zu widerlegen, und wir können dies wie Wissenschaftler klären.
Die Satelliten von Andromeda liegen in Radien von 100kpc+, aber alle haben Sichtliniengeschwindigkeiten bzgl. Andromeda <120 km/s. Im Gegensatz dazu sagt Ihr Modell für diese Satelliten eine enorme Geschwindigkeit voraus, die ansteigt R 1 / 2 ab einem Minimum von etwa 200 km/s bei 20 kpc.
Evans & Wilkinson (2000). adsabs.harvard.edu/abs/2000MNRAS.316..929E Kaum neue Ergebnisse.
MOND ist subtiler als ein einfacher Zusatzbegriff.
Mein Verständnis ist, dass sich Galaxien in einer Gruppe oder einem Haufen wie ein virialisiertes System verhalten, nicht wie eine Spiralgalaxie. Wenn es Beweise dafür gibt, dass diese Zwerge in einer kreisförmigen Umlaufbahn gefangen sind, dann habe ich sie übersehen und würde es begrüßen, wenn ich über das Thema aufgeklärt würde. Ansonsten scheint es mir, dass die richtige Behandlung dieser Satelliten darin besteht, sie als Mitglieder eines virialisierten Systems zu behandeln und die durchschnittliche Streuung der Gruppe zu betrachten.
Macht überhaupt keinen Unterschied. Oder "weiß" Ihre zusätzliche Beschleunigung, auf welcher Flugbahn sich etwas befindet?
Was macht überhaupt keinen Unterschied? Die oben angegebene Geschwindigkeitsformel gilt nur für eine (nahezu) Kreisbahn. Wenn die Satelliten um M31 herumschwirren wie Bienen um einen Bienenstock, dann brauchen Sie einen anderen Ansatz, wie das Virial Theorem. Meine oberflächliche Suche zeigt, dass Sie die Masse einer Galaxie nicht aus ihren Satelliten berechnen können, weil sie alle unterschiedliche Antworten geben. Wenn Sie etwas haben, das etwas anderes sagt, würde ich es gerne ansehen.
Funktioniert die Newtonsche Physik im galaktischen Maßstab?
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