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所谓的“暗物质”是否存在?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2020-12-14 09:12:47

虽然暗物质的存在已被宇宙学家普遍接受,但科学界仍有强烈的反对声音(在某些方面,还在不断增长)。

在文献中使用一组标准方程式(弗里德曼方程式)来描述宇宙。宇宙中的物质可以用“状态方程”来描述。被考虑的组成部分包括“暗能量”(又名宇宙学常数)、“尘埃”(包括暗物质和不太热的普通物质)和“辐射”(光,或其粒子以超光速摆动的物质)。

如果参数化弗里德曼方程使用这些成分和适合它不影响可用数据(包括宇宙微波背景、大规模分布的问题,和遥远的超新星的光度距离关系,等等),你会发现“最适合”的参数预测宇宙是平坦(没有空间曲率),约70%的“暗能量”,约30%的“灰尘”。

另一方面,同样的宇宙学方程,结合核和亚原子物理学方程,预测目前的宇宙中至多5%可以由普通(重子)物质构成。因此,剩下的25%肯定是某种看不见的“尘埃”,而不是由我们所知的原子构成的。

这也被螺旋星系的旋转曲线所证实,它与可见物质(恒星、气体、由普通原子组成的星际尘埃、普通物质)的数量不一致;这些星系的“动力质量”(通过引力将它们维系在一起所需的质量)通常要比可见质量高出一个数量级或更多。

因此,暗物质假说得到了强有力的证据支持,它也宣称了一个强有力的预测:在WMAP和后来的普朗克卫星提供数据之前,该模型成功地预测了宇宙微波背景的“角功率谱”的形状。

也就是说,对于暗物质来说,情况并不都是美好的。尽管做了大量的努力,但暗物质从未在实验室中被探测到,也没有通过任何方法来确定它的存在,除了它所谓的引力影响。大星系的行为是相当有规律的(例如,图利-费雪关系),表明在起作用的是一种自然规律,而不是暗物质“晕”或多或少的随机分布。这些晕本身可能是一个问题,因为产生所需的引力影响所需的形状不一定是稳定的。

这和其他原因证明了研究的替代方案:修改爱因斯坦的引力理论,通过假设引力在非常大的尺度上表现不同来解释观测到的旋转曲线和宇宙学数据。

这不是不合理的建议;毕竟,我们只有在太阳系内(通过太空探测器)对重力进行了直接实验验证。在比我们通过实验所能达到的尺度高出许多数量级的尺度上,引力表现出不同的行为,这一点也不奇怪。

另一方面,修正爱因斯坦的引力是非常困难的,同时又不会遇到理论上的矛盾,或者与数据相冲突(例如,太阳对光线的弯曲,精密的航天器实验,对双星引力波的间接探测,对引力波的直接探测)。

所以我想说,目前还没有定论。最安全的赌注仍然是暗物质,但其他的建议也是严肃的科学。这就是为什么这仍然是今天一个活跃的研究课题。
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