尋找了幾十年,科學家又說暗物質可能不存在,難道是竹籃打水?

1922年的時候,天文學家卡普坦提出一種假說,認為宇宙中充滿了我們難以探知的暗物質。雖然難以直接探知,但是可以透過天體的運動來推測出它們的存在。

尋找了幾十年,科學家又說暗物質可能不存在,難道是竹籃打水?

這個想法在當時雖然有點離奇,但是仍然受到了一些人的注意。

1933年,天體物理學家茲威基在對后髮座星系團中各個星系相對於星系團的運動速度時,發現了詭異的現象:憑著星系團本身的質量,根本不足以提供這麼強的引力,將這些星系集中在一起。1936年,S。史密斯在對室女座星系團進行觀測的時候,得到了同樣的結果。這兩項研究,都暗示著可能是十幾年前卡普坦所推測的暗物質所提供的引力導致的。

1970年的時候,魯賓和福特在對仙女座大星系的恆星運動進行研究的時候,發現外圍恆星的公轉角速度一點不落後於內側恆星,這違背了開普勒第三定律。這是暗物質存在的最有力證據,科學家同樣推測是暗物質所帶來的引力或者其他牽引效果,導致外圍恆星公轉速度比預計要快。

尋找了幾十年,科學家又說暗物質可能不存在,難道是竹籃打水?

時至今日,快100年過去了,暗物質的說法已經深入人心。我們認為,暗物質是一種完全不或者極難與可見物質發生反應的一種物質,因此十分難以檢測。為此,世界各國建造了專門的探測器,去尋找暗物質的真相。目前來說,科學家的探測結果是:暗物質佔了宇宙總質量的85%,如果按照質能來算,則是26。8%。而可見物質,僅僅佔了總質能的4。9%。

因此,暗物質對於宇宙來說,至關重要,所以才成為了科學家研究的重點。

可是,隨著人類在暗物質探索領域一再折戟,也有一些科學家開始提出了他們的質疑。當然,他們也不是僅僅為了澆涼水才質疑的。想要駁斥這個理論,就要從論據下手:既然這些天體的執行規律和它們周圍的引力場並不相符,除了暗物質以外,還有什麼理論可以解釋呢?

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簡單來說,如果暗物質理論有問題,要麼是理論出錯了,要麼是觀測出錯了。

1983年,以色列物理學家Mordehai Milgrom指出:我們觀測到的現象沒有錯,錯的是萬有引力定律,是牛頓。

繼愛因斯坦之後,又有人要掀牛頓的棺材板了。

愛因斯坦可以質疑萬有引力定律,憑啥我不行?

尋找了幾十年,科學家又說暗物質可能不存在,難道是竹籃打水?

的確,在宇宙尺度上來說,牛頓的萬有引力定律是有問題的。比如當初的水星進動問題,就困擾了科學家許多年,直到愛因斯坦的相對論橫空出世,才得到了圓滿的解決。

另外一個困擾科學家的難題,就是天王星的執行和理論計算的偏差。儘管勒維耶和亞當斯透過計算發現了對天王星有牽動作用的海王星,但綜合的結果仍然無法和天王星實際的執行規律相匹配。

因此,Milgrom認為,這可能是萬有引力定律需要修正了,因此提出了修正牛頓引力理論(Modified Newtonian Dynamics,簡稱MOND)。他認為,如果把牛頓引力中的加速度做一點調整,那些星系的旋轉問題就可以得到很好的解決,甚至有一些比暗物質的解釋還要合理。

在他提出這個理論之後,很多人都表示了贊同,紛紛提出了不同的修正方案,其中有一些已經被排除可能,有一些仍然在驗證之中。這些還“堅挺”著的修正方案,在很多方面都取得了一定的成績,甚至有一些可以說很成功。

難道,暗物質理論真的錯了嗎?這麼多年的研究,難道是竹籃打水一場空嗎?

也未必。

問題在於,暗物質陣營的武器,可不僅僅只有這些天體的執行規律而已。比如宇宙微波背景輻射、星系相撞時的質量分佈、與引力有關的宇宙膨脹等現象,都是暗物質存在的重要證據,MOND陣營非但不能推翻,而且也給不出合理的解釋。

而且,想要證明自己的理論,不是簡單地推翻前人的理論就可以的,還需要有“預言”的能力。就比如愛因斯坦的相對論,提出之後,科學家們透過大量的天文觀測,多次證明了其準確性;包括他的引力場方程所得到的真空解,也預言了黑洞的存在,從而促使科學家們在宇宙中不斷尋找,最終找到了這種神秘的天體。

尋找了幾十年,科學家又說暗物質可能不存在,難道是竹籃打水?

同樣的,想要質疑牛頓的引力定律,並且立足,MOND理論也必須有這樣的“預言”,然後讓科學家們去驗證才可以。

因此,對於MOND陣營來說,他們還有很長的一段路要走。說起來,這個理論和暗物質理論一樣,都有各自的優勢,也有各自的弱點,他們都需要完善自己的理論。因此,它無法推翻暗物質理論,它自身也並非完全不成立。

所以,有些科學家考慮:或許兩種理論都在某些方面可以成立。也許兩種理論協同起來,才是導致這些宇宙現象的根源。不過,這也有待於科學家的繼續探索了。

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