暗物质与暗能量

修正牛顿动力学

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面对自转得太快的星系,要把账做平有两种办法。一种是加上看不见的质量——暗物质。另一种更大胆:也许根本没有缺失的物质,只是在引力极弱的地方,我们的引力定律本身就错了。MOND,即「修正牛顿动力学」的缩写,走的是第二条路。它由莫迪凯·米尔格罗姆于 1983 年提出,对牛顿定律稍作改动,使得在某个极小的加速度阈值之下,引力比教科书公式所说的衰减得更平缓。

这个想法出奇地省俭。只用一个新常数——约 10^-10 米每二次方秒的临界加速度,柔和得不可思议——MOND 就能再现极其广泛的旋涡星系的平坦自转曲线,而且直接从可见物质得出,不必添加任何暗晕。它甚至干净利落地预言了紧致的塔利-费舍尔关系(把星系亮度与自转速度联系起来)。对单个星系而言,MOND 常常以匪夷所思的成功拟合数据,有时比那些需要为每个星系调一个晕的暗物质模型还好。

那为什么多数宇宙学家仍倾向暗物质?因为 MOND 对单个星系虽优雅,对更大的图景却力不从心。它无法自然地解释星系团的质量(在那里它仍需要一些看不见的物质),它在宇宙微波背景涨落的精细图案和大尺度结构的增长上有困难,而子弹星系团——质量与可见物质明显分离之处——对一个把引力绑在可见物质所在处的理论来说很棘手。MOND 的相对论版本存在,但很复杂。最公允的总结是:MOND 抓住了星系中一种真实而引人注目的规律,暗物质模型也必须解释它,但作为一套完整的宇宙理论,它目前还逊于 Lambda-CDM。

MOND 预言,在约 1.2×10^-10 米每二次方秒的加速度之下,引力随距离减弱得更慢。把这条规则用到旋涡星系上,仅凭我们看得见的恒星和气体,就能把预言的自转曲线压平、与观测相符——无需任何暗物质晕。

MOND 用一个新常数就拟合了星系自转曲线——却在星系团和宇宙微波背景上栽了跟头。

MOND 是一个严肃、可证伪的提案,并非民科——它在星系尺度上的成功是真实的。但「多数宇宙学家偏好暗物质」是一种基于证据权衡的判断,而非教条:暗物质能同时解释星系团、宇宙微波背景和结构增长,而 MOND 迄今做不到。

又称
Modified Newtonian Dynamicsmodified gravityMOND(修正牛頓動力學)