师生心理学江湖对话手册第154章 课 问答拆解修改引力理论能否替代暗物质
——深入拆解“修改引力理论”看看它能不能替代暗物质的存在！ “教授上周您说暗物质占宇宙质量的27%可我们找了几十年都没找到会不会……根本就没有暗物质？”周一的宇宙学研讨课上许黑把《宇宙的一生》摊在桌上书页间夹着密密麻麻的批注“彭罗斯在书里说‘科学需要敢于质疑的勇气’如果我们换个思路——不是宇宙里少了‘暗物质’而是我们对‘引力’的理解错了呢？” 窗外的银杏叶正黄阳光透过叶片在黑板上投下细碎的光斑。
和蔼教授放下手中的马克笔转身在黑板上写下“修改引力理论 vs 暗物质”粉笔尖与黑板碰撞的声音格外清晰：“许黑这个问题刚好戳中了宇宙学近百年的‘两大阵营之争’。
我们之前讲暗物质是假设‘引力理论没问题只是宇宙里藏了看不见的物质’；而‘修改引力理论’则是假设‘物质没问题只是我们对引力的认知不够全面’——这就像易经里的‘阴阳两面’看似对立其实都在试图解释同一个谜题：为什么星系旋转得比预想中快？” 他顿了顿拿起讲台上的地球仪：“比如我们观测银河系根据牛顿引力定律离银心越远的恒星旋转速度应该越慢就像太阳系里的冥王星比地球转得慢。
可实际观测发现远银心的恒星速度几乎不变——就像有人在‘拉着’它们转于是我们猜是‘暗物质’的引力；但修改引力理论说不是有‘暗物质’而是牛顿引力在大尺度上‘不够用’了需要修改公式。
今天咱们就深入拆解这个理论看看它能不能真的替代暗物质。
” 一、修改引力理论的“源头”：从“星系旋转曲线”的矛盾说起 “要理解修改引力理论得先回到1933年——这一年天文学家兹威基观测‘后发座星系团’时发现星系团里的星系运动速度太快了仅靠可见物质的引力根本抓不住它们按常理早该散架了。
”教授在黑板上画了个简单的星系团用箭头标出星系的运动方向“当时兹威基把这种‘质量缺失’的现象称为‘失踪的质量’这是暗物质概念的雏形。
可到了1970年天文学家鲁宾观测银河系的‘旋转曲线’时发现了更奇怪的事——叶寒你还记得咱们上次算过的‘旋转曲线’吗？” 叶寒立刻翻出笔记本上面画着一条先上升后平缓的曲线：“记得！如果只有可见物质旋转曲线应该在离银心一定距离后下降可鲁宾观测到的曲线是平的——就像汽车踩了油门却不加速反而保持匀速这不符合牛顿引力定律。
当时大家都觉得是暗物质在‘提供额外引力’可后来有人提出会不会是牛顿引力在大尺度上‘失效’了？” “没错！”教授点头在黑板上贴了两张对比图：左边是“牛顿预言的旋转曲线（下降型）”右边是“鲁宾观测的旋转曲线（平缓型）”“这就是修改引力理论的‘起点’——它认为‘理论错了不是物质少了’。
最早提出这个想法的是以色列物理学家莫尔德艾1983年他提出‘修正牛顿动力学’（MOND理论）核心是‘引力在加速度极小时会偏离牛顿定律’。
” 他拿起笔在黑板上写公式：“牛顿引力说引力加速度a=GM/r2（G是引力常数M是质量r是距离）；而MOND理论加了一个‘临界加速度a?’——当星体的加速度a远大于a?时遵循牛顿定律；当a远小于a?时引力加速度会变成a2=a?GM/r2。
这个小小的修改刚好能让星系旋转曲线‘变平’不用引入暗物质。
” 蒋尘突然皱眉：“教授这个‘临界加速度a?’是怎么来的？为什么刚好是这个值而不是别的？” “问得好！”教授笑着说“莫尔德艾发现a?的值约等于10的负10次方米每二次方秒这个值刚好和‘宇宙学常数对应的加速度’差不多——就像易经里的‘天人合一’看似偶然的数值却和宇宙的整体属性关联。
而且MOND理论能解释的不只是星系旋转曲线还有‘星系群的运动’——比如两个星系相互绕转按牛顿定律算的质量比可见质量大可按MOND理论算刚好匹配。
” 他举了个典型案例：“1998年天文学家观测‘矮星系IC 1613’这个星系的可见物质很少按暗物质理论它的暗物质比例应该很高；可按MOND理论用可见物质的质量和修改后的引力公式计算得出的旋转曲线和观测结果完全一致——这就像用两把不同的钥匙开同一把锁居然都能打开这让很多科学家开始怀疑‘暗物质是不是真的存在’。
” 二、修改引力理论的“进阶”：从“修正牛顿”到“挑战爱因斯坦” “MOND理论虽然能解释星系尺度的问题但到了‘星系团’和‘宇宙学’尺度就遇到了麻烦。
”教授转身在黑板上写下“尺度困境”四个字“比如我们之前讲的‘子弹星系团’——两个星系团碰撞时可见物质（气体）因为有摩擦力会减速而暗物质因为不与物质作用会‘穿过去’引力透镜观测显示暗物质的分布和可见物质分开。
如果用MOND理论解释就很难说通——因为引力是‘跟着物质走的’可见物质减速了引力也该减速可实际观测到的引力分布却‘超前’这就像‘影子和人分开了’用修改引力理论没法解释。
” 本小章还未完请点击下一页继续阅读后面精彩内容！。
本文地址师生心理学江湖对话手册第154章 课 问答拆解修改引力理论能否替代暗物质来源 http://www.zuowensucai.net
