研究了152個星系后,科學家發現:人類對宇宙的認識可能錯了

天空之城 2022/12/30 檢舉 我要評論

星系的大部分質量集中在星系中心。如果只是這樣,那麼星系外圍的恒星運行速度一定要比內側恒星慢,就像太陽系外圍行星的軌道速度要比內側行星慢一樣。但是實際觀測結果卻表明兩者的速度差異并不大。似乎有一些看不見的東西在提供額外的引力維持著這種「異常」行為。這些看不見的東西就是所謂的「暗物質」。

支持者認為幾乎每一個星系都「浸泡」在一個看不見的巨型「暗物質」「暈」中。盡管時至今日也沒有人知道「暗物質」究竟是什麼,尋找「暗物質」粒子的努力無一不以白費而告終。但是「暗物質」已然成了主流宇宙學模型的核心。

「暗物質」假說有其很強的合理性,也有大量的觀測證據支持這個理論。但是仍然有不少科學家并不相信宇宙中存在「暗物質」。他們試圖尋找某種替代方案,比如通過修改牛頓萬有引力定律來解釋星系的「異常」。

在星際空間的尺度上,使用牛頓經典力學來解釋恒星之間的引力作用,比用愛因斯坦廣義相對論更簡便。因此一些致力于尋找「暗物質」替代品的科學家選擇了牛頓的萬有引力定律來做文章。

1983年,科學家Mordehai Milgrom認為引力的強度不僅僅是與距離的平方呈反比那麼簡單。他認為無論相距多遠,天體之間都有引力的「殘留」。這種「殘留」極弱,但足以解釋星系自轉的「異常」

僅僅增加一個概念是不夠的,引力方程也需要進行修改,否則就不成立。所以後來這一理論發展出了多個版本。其中一個版本叫「拉格朗日四邊形(Quadradic Lagrangian)」,簡寫為AQUAL。

AQUAL和主流的「暗物質」模型都能解釋星系自轉的「異常」,但有一些不同。「暗物質」模型認為星系的自轉受星系質量分布的支配,因此內側恒星和外圍恒星的軌道運行速度曲線是光滑過渡的;而AQUAL模型推導出來的曲線不是那麼光滑。

這種「不光滑」的幅度非常小,在單一星系身上不明顯,但是如果觀測一大批星系,然后使用統計學的方法,我們可能就會發現這種偏差。最近一些科學家對「斯皮策光度測量和精確自轉曲線」數據庫中的152個星系進行了研究,結果發現這些星系的表現似乎更加符合AQUAL模型的預言。

這是一個非常有趣的結論。雖然不足以撼動「暗物質」理論,AQUAL模型本身也還存在許多缺陷——比如它無法解釋引力透鏡現象,但對于這種小眾理論而言,也算是一個小小的勝利吧。

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