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暗物质根本就不存在?

暗物质是否存在?这或许是我们宇宙中最大的谜团之一。天文学家通过观测可见物质得出的星系、星系团等大尺度结构的质量,和这些天体的运动方式对应不起来。我们看到的这些天体,似乎原本早就应该分崩离析。除非我们假设宇宙中存在一种看不见摸不着的“暗”物质,现有的物理学理论才可以解释我们眼中所看到的宇宙。

假如“暗”物质确实存在,那么根据我们的经验,它必然是不发光的,既不会和可见物质发生电磁作用,也不会和可见物质发生核力作用。也就是说,它只会通过引力,和这个宇宙的其余部分发生作用。而且,暗物质的含量必然十分巨大,甚至于宇宙质量的大部分,应当归于暗物质。

假如暗物质确实存在,那么它必然在宇宙的极早期就已经产生了。令科学家庆幸的是,许多存在于大尺度上的观测证明,都坚定地指向了暗物质的存在。

但是在较小的尺度上,比如单一星系内,寻找暗物质的天文学家们,最近却遇到了一个不小的麻烦。

暗物质根本就不存在?
后发座星系团。维基共享资源

星系中的恒星之所以会围绕着星系运行,是因为受到星系质量所产生的引力影响。恒星受到的引力越大,它的径向加速度就越大,因此才不会被引力拉向星系中心。

根据现有暗物质理论,星系中的暗物质并未聚集在星系的中心,而是分布在一个把星系笼罩起来的暗物质“晕”中。暗物质晕包含了星系的大部分质量,大部分暗物质也包含在这个晕中。

最近,三位科学家Stacy McGaugh、Federico Lelli和James Schombert,在《物理学评论通讯》上发表了一篇论文,列举了针对153个不同星系的观测数据。

在这其中,浮现了一些非常出人意料的结果:在他们的数据中,星系内引力加速大的地方,径向加速也大,反之亦然。

也就是说,星系内恒星的运动速度,和星系中可见物质的分布情况存在着对应关系。

而且,这种对应关系在各类星系身上广泛存在,且不和可见物质是否聚集在星系中心有关。

这是一个经验性的结论。但却是为何?三位学者列举了三种可能。

第一种是,这种对应关系和星系形成时的动力学特性有关。它们之间究竟存在着什么样的关系并不知道,但毕竟我们对星系演化的了解也不多。

第二种可能是,星系中暗物质的分布和可见物质的分布存在着关联。这就需要修正暗物质理论,以使它们能够在理论上具有和可见物质相同的聚集方式。

第三种是,我们需要某种经过修改的引力动力学理论,来取代暗物质理论。

模拟出来的那些暗物质“晕”,在现实中是否真的存在?假如暗物质确实是宇宙间许多天体结构间引力行为的始作俑者,那么为什么在星系中又会存在这种和可见物质有关的对应关系?假如暗物质理论是对的,那么它必须能够解释这一切。

正如有的学者所说:“流行的宇宙学模型,对于解释我们在这个宇宙中观测到的一切,是极为成功的。但是哪怕只有一个观测结果让我们夜不能寐,我们就要反思它在根本上是否有问题。”

暗物质根本就不存在?
NGC 7331星系。Adam Block / 莱蒙山天空中心 / 亚利桑那大学

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