暗物质 宇宙24|困扰人类100年的“暗物质”是个幻觉?是引力出了问题?( 二 )


微透镜说的是 , 当一颗行星距离它的母恒星比较远的时候 , 当他经过地球和母恒星的连线的时候 , 我们就会看到母恒星的亮度会轻微的上升 , 这是广义相对论质量弯曲时空的原因 。
当然还有一些其他的方法 , 比如视向速度法、天体测量法 , 甚至还有直接成像法等等这些方法 , 寻找系外行星 , 这类天体还有一个比较高大上的名字 , 叫晕内大质量致密天体 。 我们通过寻找这些天体 , 经过推算 , 这些东西的总质量加起来最多也只能满足所需引力的1% 。
还有尘埃云 , 星系中的尘埃是由一些大小不同的物质颗粒组成的 , 我们现在看到的这张照片中的星系叫M104 , 距离我们大约2800万光年 , 左下的图像是哈勃太空望远镜在可见光波段下拍摄的 , 右下的图像是斯皮策太空望远镜在红外线波段拍下的 。
在红外波段下 , 可以很明显地看到M104的尘埃环 , 这类物质数量看起来非常多 , 但是在尘埃最多的星系中 , 它们的质量也只有整个星系的1% 。
最后剩下的一类物质就是已经死亡的恒星残骸 , 它们包括白矮星、中子星和黑洞 , 这些东西虽然发光不强 , 甚至不发光 , 但是我们还是有办法能够找到它们 。
比如说在无线电波段 , 我们可以找到中子星 , 通过引力透镜我们可以发现黑洞 , 在红外波段、或者可见光波段可以看到白矮星 , 经过大量的观察统计 , 我们发现这些天体的总质量没有现有恒星的总质量大 。 所以依靠它们也不可能弥补引力的缺失 。
那么总的来说 , 就算把现在已知的所有类型的物质都加起来还是堵不住质量缺失的这个窟窿 , 最多只能解释所需引力质量的16% 。 也就是说 , 之前引力质量比星光质量大了50倍 , 现在这个窟窿被我们缩小到了差不多6倍 。 这说明在宇宙中 , 还有一些我们不知道的东西 , 它们比我们已知的所有物质多了将近5倍 。
所以说 , 通过大规模的人口普查 , 我们没有解决质量缺失的问题 , 再加上人们根据螺旋星云中普通物质分布的情况来看 , 大部分的物质都聚集在星系的中性区域 , 越往边缘物质就越稀少 , 那么按理来说它们的转动速度会明显的降低 , 但事实上 , 即使在没有星光的周边区域 , 那里的转速并不比中心区域的物质慢 。
因此人们就猜测 , 有一种我们看不见的物质 , 它们不发光 , 也不反射任何光线 , 说白了就是它们没有电磁相互作用 , 但它们大量的弥散在星系的周围 , 组成了一个包围整个星系的晕带 , 称为暗物质晕 。 是它们给星系提供了额外的引力 , 使得星系的转动情况看起来好像不满足现有的引力理论 。
但这时就有人提出了不同的想法 , 也就是我们说的第二种解决办法 。 为什么我们非要觉得自己的引力理论就是正确的?如果引力理论是错的 , 就没有所谓的暗物质问题了 。
在1981年的时候 , 科学家“米尔格罗姆”首先提出了这个想法 , 他认为我们现有的引力理论也只是在太阳系的范围内进行了验证 , 在大尺度上可能并不实用 。
就像是牛顿当年的理论 , 在强引力场下就需要做出修正 , 因此有了广义相对论 , 现在我们在大尺度上在对引力理论做出修正 , 说不定就会获得意想不到的效果 , 因此他就提出了一个解决的办法叫“修正牛顿动力学” 。 简称“MOND” 。
其实就是给星系这个系统中的各个部分添加一个额外的加速度 , 至于这个加速度的大小是多少 , 可以根据星系转动曲线给它拟合出来 , 所以这就是一个纯粹的经验理论 。
不过这个办法确实挺好用的 , 现在我们看到的这个图片就是'MOND'修正以后引力理论 , 和NGC1560星系的转动情况符合的很好 。
再看一张图片 , 图中的红线是暗物质理论预测出来的星系转动情况 , 绿线是MOND预测出来的转动情况 , 蓝色的误差棒是实测转动情况 。 可以看出来 , MOND在解释星系转动的问题上 , 甚至比暗物质理论表现得还要好 。
那这是不是就意味 , 修正牛顿动力学就成功了 , 是一个正确得科学理论?老同学应该知道 , 这还差得远 , 一个正确得理论不仅需要解释现有得问题 , 他还需要解释旧理论已经解释得问题 , 并且提出新得预言 , 然后得到观测实证 , 所以说MOND想要成功绝非易事 。
事实也证明了 , 他不可能成功 , 因为虽然他拟合了星系的转动曲线 , 但是却解释不了星系团的转动问题 , 而且MOND也不能解释广义相对论所做出来的所有的预测 , 比如星光弯曲、引力红移、引力透镜等等这些已经被观测证实的现象 。

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