环球科学|暗物质不存在？！无暗物质宇宙模型突破最大障碍( 二 )_

被忽视的30年
MOND理论被长久忽视是有原因的，最重要的原因是，它无法解释宇宙微波背景（CMB）。

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宇宙微波背景辐射（图片来源：NASA）
宇宙微波背景辐射是现代天文学最重要的发现之一，它也是宇宙大爆炸假说最重要的证据之一。瑞士宇宙学家鲁思·杜尔（Ruth Durrer）曾说：“一个理论必须和（CMB的）数据相符。这就是它（MOND）的瓶颈。 ”ΛCDM模型能很好地利用CMB的数据， “宇宙中重子物质占4.9% ，暗物质占26.8% ，暗能量占68.3%”这种科学爱好者耳熟能详的结论，就是用ΛCDM模型计算CMB的数据得出的。相反， MOND理论则一直对CMB的数据束手无策，它无法重现CMB的数据。
除此之外， MOND理论还有一些细节问题，比如它难以解释一些星系中的引力透镜问题。根据广义相对论，大质量物质的引力可以偏折光线，大量物质聚集的地方可以形成引力透镜。但是在以子弹星系为首的一系列星系中，天文学家找不到一些引力透镜对应的质量，只能用不可见的暗物质解释。不过2004年，曾有人提出过一种相对论版MOND理论，该模型可以解释这种“凭空”出现的引力透镜。但是它仍然没能克服那个最关键的问题：解释CMB的数据。

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蓝色部分是由引力透镜计算得出的暗物质分布（图片来源：NASA/CXC/M 。Weiss）
就连本次论文作者斯科迪斯也承认：“如果这个理论不能做到这一点（重现CMB数据），那就根本不值得进一步考虑。 ”而近日在《物理评论快报》上发表的新版MOND模型，其最大的意义就是用类似MOND的理论解释了CMB 。
补全的理论
新版MOND理论假设有两个场弥漫在整个宇宙中，它们的共同作用导致了额外的引力。其中一个场是像希格斯场一样的标量场；另一个则是磁场一样的矢量场，空间中每一点都具有特定的方向。
斯科迪斯和兹沃什尼克设置了理论的参数，让宇宙早期的引力修正场能产生与暗物质类似的效应，这样就能保证今天观测到的CMB数据能被重现。这两个场会随着宇宙时间的推移而演化，最终引力会变成原本MOND理论描述的那样。
美国宇宙学家斯泰西·麦高（Stacy McGaugh）说：“这是一项革命性的成果，过去几十年来，因为MOND理论无法实现斯科迪斯和兹沃什尼克今天做到的事，人们很大程度上都忽略了这种理论。 ”
一旦新版MOND模型解决了CMB的问题，它的优势立马就凸显出来。美国天文学家布伦特·塔利（Brent Tully）和理查德·费希尔（Richard Fisher）在1977年发表的一篇论文中，提出了一个经验公式，描述了旋涡星系的光度与旋转曲线外侧速度之间的关系。很容易就能从这个公式得出“旋涡星系所含重子物质和它在较远距离上的自转速度的4次方成正比”这一关系，这被称为重子塔利-费希尔关系（baryonic Tully-Fisher relation ， BTFR）。而MOND理论恰巧就能精确导出BTFR 。

环球科学|暗物质不存在？！无暗物质宇宙模型突破最大障碍( 二 )

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