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暗物質並不存在?NASA稱:萬有引力定律將不復存在

萬有引力定律可以幫助我們理解為什麼蘋果會從樹上掉下來以及行星是如何繞太陽旋轉的。但是當涉及到宇宙中巨大的物體時,萬有引力定律開始變得捉襟見肘。現在科學家們相信,沒有一種定律可以準確地描述宇宙,包括暗物質定律。然而很多科學家對暗物質存在很大的爭議。因為我們從來沒有直接觀測到暗物質,更糟糕的是,根據NASA的說法:假如暗物質不存在,萬有引力定律將不復存在。發現宇宙中看不見摸不著的物質並非憑空產生。暗物質的概念是很多科學家逐步漸進的結果。就像弗里德里希·威廉·赫歇爾在1781年發現天王星一樣。

當時赫歇爾發現了一個物體,他以為是一顆恆星,後來通過研究才知道這其實是一顆行星。牛頓運動定律預測了行星應該如何圍繞恆星運動,然而海王星卻「拒絕」遵循牛頓運動定律,它在幾十年的時間裡移動的過快,這與預測的時間相去甚遠。一些人認為,這一定是由於萬有引力定律存在根本性缺陷;另一些人認為,太陽系中可能存在另一個天體影響了海王星的運動軌跡。但是後來,當天文學家注意到水星的軌道也有一點偏離時,促使科學家不得不放棄萬有引力定律。取而代之的是一個新的理論:愛因斯坦的廣義相對論,它解釋了像太陽這樣的大質量物體會扭曲時空。

這完美地解釋了水星軌道上的奇怪現象,因為它離太陽是如此之進,所以受太陽的引力扭曲會很大。但是在宇宙中,行星的軌道是微不足道的。在20世紀30年代,科學家們對星系的表現感到非常地困惑:在一個螺旋星系中,大多數恆星都集中在中心附近,所以有理由認為:這些區域是質量集中的地方,因此重力也是集中的。就像冥王星繞太陽運行比水星慢,離星系中心越遠,它的運行軌道越大,它運動的也就越慢。但事實並非如此。離星系中心最遠的恆星移動的速度和那些更靠近星系的恆星移動的速度一樣快。

20世紀60年代,天文學家維拉·魯賓和肯特·福特得出結論:造成這些現象的原因是由於某種看不見的質量,或者說「暗物質」的影響。暗物質的質量大約是我們所能看到的普通物質的10倍。我們之所以看不見暗物質是因為它不吸收、反射或發射光,所以我們永遠不會以任何其他方式直接探測到它。但是我們已經擁有了它存在的無數證據。它的質量使時空扭曲,把星系變成放大鏡,它的效應在宇宙誕生時留下的光的痕迹被稱為宇宙微波背景。今天,科學家估計暗物質占宇宙物質的27%,普通物質不到百分之五。

1983年,一位名叫莫德海·米爾格羅姆的以色列物理學家提出了另一個解決方案:也許沒有看不見的物質。根本原因是牛頓的萬有引力定律是錯誤的。他的修正牛頓動力學(MOND)理論建議我們調整牛頓的第二運動定律,即物體的加速度與加在它上面的力成正比。米爾格羅姆說,也許這些定律在某些情況下會改變,比如恆星遠離銀河系中心的時候。如果猜測成立的話,我們可以解釋天體的速度,而不需要提及暗物質的存在。自那以後,大量的文獻表明,重力的改變實際上可以產生在星系中確切的行為。

MOND模型表明,星系團內的碰撞星系和星系的運動方式並不一致,宇宙微波背景中的模式也不一致。這有點像拉毛線來固定毛衣上的一個洞,並且在這個過程中破壞了毛衣的其他部分。然而,暗物質陣營也有其自身的挑戰,這主要是因為我們只能模擬宇宙有限的部分。伊桑·塞加爾在《福布斯》上寫道:「暗物質模擬現在常常包含數萬億個粒子,並試圖將光子壓力、恆星形成、超新星和其他反饋效應考慮在內。根據統計,每個星系包含大約1060 ~1080個暗物質粒子。」對於小型和中等規模的星系,這造成了超過10030 萬個粒子下落不明,所以我們不能證明恆星的行為是由於暗物質的影響。

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