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    • 不用引入暗物质的宇宙MOND模型首次获得与暗物质理论等同的解释力

      不用引入暗物质的宇宙MOND模型首次获得与暗物质理论等同的解释力插图

      1980年,美国天文学家Vera Rubin证明:星系的旋转速度很不合理,角速度远远超过其质量所能支持的大小。

      从银河系中心向外,理论上,一圈圈恒星和气态物质的圆周运动应该越来越慢,速度落差与到中心的距离成正比。

      术语叫开普勒下降,或递减旋转曲线,在我们太阳系的行星系统中能观察到此类现象。但大多数星系却表示,我不!和理论相反,它们的转速要么保持不变,要么增加。

      考虑到牛顿第二定律,为了维持圆周运动的向心力,必须有足够的质量提供引力。

      但是,已知星系质量明显不足,所以天体物理学家假设存在一种暗物质,提供额外的质量。否则的话,我们就要修改引力理论,比如说假定牛顿第二定律是错的,或者,承认万有引力常数不是常数,而是随着空间位置的变化而变化……太可笑了,这就像弗诺文奇著名的三界设定不是吗?……不、不是吗?

      现在,一个不需要暗物质的宇宙学模型在与宇宙微波背景的观测结果相匹配,通过了一个主要门槛。

      不含暗物质的模型是所谓的MOND(修正的牛顿动力学)理论的延伸,它假定星系尺度的引力与标准的牛顿力不同。以前基于MOND的模型无法重现CMB。

      MOND理论是在30多年前设计出来的,作为解释星系旋转数据的一种方式,而没有援引神秘的暗物质。MOND的支持者提供了替代性的解释:当加速度小于10^-10 m/s^2 的阈值时,引力会发生变化。这个想法并不是来自于任何基础理论,但令人惊讶的是,同样的加速度阈值几乎对所有的星系都有效,无论大小,无论年轻还是年老。

      暗物质比MOND更受青睐的主要原因是,暗物质与更大范围的天体物理观测相一致。例如,暗物质可以解释星系对来自遥远来源的光线的弯曲(引力透镜),而最初形式的MOND则不能。研究人员已经设计了所谓的相对论MOND模型,可以适合透镜观测,但直到现在,这些修订版的理论都无法重现CMB数据。”来自布拉格捷克科学院的Constantinos Skordis说:”如果理论不能做到这一点,那么它就不值得进一步考虑。”

      Skordis和捷克学院的同事Tom Złośnik现在创建了一个受MOND启发的模型,在解释CMB的同时也与引力透镜观测和引力波速度测量相一致。该模型遵循最近的MOND理论,假设存在两个场,它们渗透到所有的空间中,并一起像一个额外的引力一样发挥作用。其中一个场是一个标量场–类似于与希格斯玻色子相关的希格斯场。另一个是矢量场,它在空间的每一点都有一个方向,有点像磁场。

      Skordis和Złośnik设置了模型的参数,以便在早期宇宙中,引力修正场产生模仿暗物质的引力效应。以这种方式模仿暗物质,可以确保观察到的CMB模式得以重现。这些场随着宇宙时间的推移而演变,最终引力遵循最初的MOND。

      Skordis说,所有的宇宙学模型都需要增加一些东西(新粒子或新场)来解释观测结果。他承认,与通常基于基本对称原理的暗物质模型不同,新模型的构思并没有考虑到基础理论。然而,这样的理论基础可能会通过新的MOND模型被发掘出来。

      “这真的是巨大的突破,”俄亥俄州凯斯西储大学的宇宙学家Stacy McGaugh评论道,”几十年了,人们在很大程度上忽略了MOND,因为它似乎不可能做到暗物质能实现的事。”

      但是纽约Flatiron研究所的宇宙学家David Spergel认为新模型是 “巴洛克式的”。他认为,相对论的MOND模型只有通过 “有效地假设一种复杂形式的暗物质” 才能发挥作用。

      来自德克萨斯大学的宇宙学家Katherine Freese 对新模型表示祝贺。她说:”构建一个相对论版本的MOND是一件大事,它能够与所有现有的数据相匹配,尤其是将CMB数据与星系中的MOND现象学一起拟合。然而,这个模型有很多不自然的成分。”她说。”我自己仍然会投票给暗物质,后者是一种更简单的解释。”

      广东·东莞
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