那些暗物质的反对者

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1、那些暗物质的反对者　　只要谈及宇宙，大多数宇宙学家都会告诉你，你看到的绝非是全部。事实上，对宇宙大爆炸余辉的最新观测表明，超过84%的宇宙物质是另类的“黑暗”粒子，不同于构成我们日常世界中常见物体的普通原子。　　根据目前正统的观点，暗物质主导了星系、星系团和宇宙更大尺度结构的形成。也正是暗物质的引力维系住了这些系统，使之免于瓦解。在迄今观测到的无数星系中，以恒星绕星系中心转动的速度之快，单靠该星系中的发光物质根本不足以束缚这些恒星。这暗示存在大量不可见的物质维系着星系。此外，通过把暗物质与普通物质的比例按照5∶1设定，

2、对宇宙的计算机模拟能再现出大部分我们今天能见到的宇宙结构。　　然而，这里也存在一个重大的弊端。到目前为止，还没有人探测到一个暗物质粒子，也没有人能肯定暗物质到底由什么构成。美国凯斯西储大学的天文学家斯泰西?麦高问道：“为什么所有的暗物质搜寻都空手而归？”他的回答与常规的观点相悖：“也许暗物质根本就不存在。”　　在过去的20年里，麦高一直无奈地扮演着怀疑者的角色。和他的大多数同行一样，他曾是一个暗物质的拥护者。但从20世纪90年代中期开始，他发现根据暗物质做出的预言与他在星系中观测到的现象并不相符，由此逐渐对其失去了信心

3、。　　相反，麦高正在思考另一个想法，被称为修改牛顿动力学（MOND）。虽然许多天文学家认为它亵渎“神”8明，但MOND能和暗物质模型一样成功地描述星系中恒星和气体的运动。不需要假想中的新型物质，这个理论仅仅增强了牛顿引力定律中引力的强度。如果引力以不同于我们此前所想的方式运转，那么MOND的倡导者认为，在不需要引入暗物质的前提下，也能够解释星系的动力学以及宇宙中其他令人费解的现象。　　改变规则　　30多年前，以色列魏茨曼科学研究所的理论物理学家莫尔德艾?米尔格龙提出了MOND理论，用来替代暗物质。当时，米尔格龙正在研究

4、其他星系中恒星的速度。通常情况下，你会预期靠近星系中心的天体运动得较快，而距离星系中心随着到星系中心距离的增加，恒星的速度保持恒定不变。美国凯斯西储大学的天文学家斯泰西?麦高，他曾是暗物质的拥护者。MOND理论的提出者、物理学家莫尔德艾?米尔格龙　　如果这一匀速转动是由暗物质造成的，那就需要对这些不可见物质的分布进行出奇精准的调整。米尔格龙认为，这是一个“极端精调”的问题，就像把100块积木随手扔到地板上，结果它们恰好堆成了一座城堡。他认为，MOND为此提供了一个更合理的解释，你不再需要不可见的质量。通过修改我们对引力

5、的认识就能得到同样的效果。　　类似于爱因斯坦的引力理论――广义相对论，米尔格龙的智慧结晶MOND也建立在牛顿引力的基础之上。在引力不太强的地方，广义相对论的预言和牛顿引力如出一辙，区别只在极端环境下――例如黑洞边缘――才会出现。MOND的情况也类似，它会在引力极其微弱的地方有别于牛顿引力。8　　例如，牛顿定律在地球表面附近以及描述太阳系行星上非常成功，这些地方的引力相对较强。然而，对于描述星系中恒星的运动，牛顿引力就有些力不从心了。由于恒星的间隔很大，那里的引力要弱得多。米尔格龙注意到，在与之类似的弥散系统中，当引力加

6、速度小于一个特定的阈值――10-10米/秒2――时，牛顿定律会开始失效，做出不可信的预言。　　米尔格龙得出了一个简单的公式，即MOND公式，来描述在引力和加速度的共同作用下一个天体的运动速度是多少。简单地说，当加速度大于10-10米/秒2时，你会得到牛顿的万有引力定律;当加速度小于这个阈值时，你就会得到MOND。该公式还提供了介于这两种物理机制之间的平滑过渡区域。　　谨慎接受　　1983年，当米尔格龙发表有关MOND的论文时，迎接他的是冷漠。这一反应在很大程度上一直延续至今。“一开始，几乎每个人都忽视了MOND，”米尔

7、格龙回忆说，“这虽然不公平，但也是人之常情。‘异端’的学说总要度过一个困难时期。”　　这也正是麦高当时所做的。他第一次听说MOND是在1995年，当时他是英国剑桥大学的博士后研究员，米尔格龙正好去那里演讲。麦高差一点就没去听，因为他不想在推翻万有引力定律的“疯狂”演讲上浪费时间。　　但他还是去了，当米尔格龙谈及低表面亮度星系时，引起了他的兴趣。相比类似银河系这样的正常旋涡星系，低表面亮度星系包含的恒星要少得多。这些星系是旋涡星系的缩小稀释版，恒星非常稀疏，因此引力很微弱，是检验MOND的理想场所。米尔格龙使用MOND预

8、言了这些星系中恒星的转动速度。　　当时，麦高正在研究低表面亮度星系，他认为自己手上已有的数据能8“一劳永逸地否定这个愚蠢的想法”。他把米尔格龙的预言与他的数据进行了比较，结果和他料想的恰好相反。这一发现震惊了麦高。　　作为暗物质的忠实信徒，他几乎无法入睡，因为他试图弄清楚MOND的古怪预言究竟是如何被证实的，而这本该是佐证暗物质的