有科学家建议，采用新的引力理论研究暗物质

作者：菜叶时间：2023-03-09 21:04

简介：利用牛顿物理定律，科学家可以相当精确地模拟太阳系中行星的运动。但在20世纪70年代初，科学家们注意到这对盘状

【菜叶百科解读】

有科学家建议，采用新的引力理论研究暗物质——米尔格罗姆动力学.jpg

　　利用牛顿物理定律，科学家可以相当精确地模拟太阳系中行星的运动。但在20世纪70年代初，科学家们注意到这对盘状星系不起作用——恒星在其外边缘，远离其中心所有物质的引力——移动速度比牛顿理论预测的快得多。

　　这使得物理学家提出一种叫做“暗物质”的不可见物质正在提供额外的引力，导致恒星加速——这一理论变得非常受欢迎。

　　然而，在最近有科学家建议，以色列物理学家莫迪海·米尔格罗姆在1982年提出的另一种引力理论可以更好地解释大范围尺度上的观测结果，这种理论称为米尔格罗姆动力学或Mond，不需要任何无形物质。

　　蒙德的主要假设是，当引力变得非常弱时，就像在星系边缘发生的那样，它的行为开始与牛顿物理学不同。这样，就有可能解释(在新标签中打开)为什么150多个星系外围的恒星、行星和气体的旋转速度比仅仅基于它们可见质量的预期要快。但是Mond不仅仅解释了这样的旋转曲线，在很多情况下，它还预测了它们。

星系团 Abell 520，疑似暗物质以蓝色突出显示.jpg

　　科学哲学家认为，这种预测能力使Mond优于标准宇宙学模型，标准宇宙学模型提出宇宙中暗物质比可见物质更多。这是因为，根据这个模型，星系中暗物质的数量高度不确定，这取决于星系形成的细节——科学家并不总是知道。这使得预测星系旋转的速度变得不可能。但是这种预测通常是用Mond做出的，而且到目前为止这些预测都被证实了。

　　想象一下，科学家知道星系中可见质量的分布，但还不知道它的旋转速度。在标准的宇宙学模型中，只能有把握地说，外围的旋转速度会在100公里/秒到300公里/秒之间。蒙德做出了更明确的预测，转速一定在180-190公里/秒的范围内。

　　如果后来的观测显示自转速度为188千米/秒，那么这与两种理论都是一致的——但是很明显，Mond更受青睐。这是奥卡姆剃刀的现代版本，即最简单的解决方案优于更复杂的解决方大案纪实：在这种情况下，科学家应该用尽可能少的“自由参数”来解释观察结果。自由参数是常数——科学家必须将某些数字代入方程才能使它们起作用。但是它们不是由理论本身给出的——没有理由它们应该有任何特定的值——所以科学家必须通过观察来测量它们。一个例子是牛顿引力理论中的引力常数G或标准宇宙学模型中星系中暗物质的数量。

　　科学家引入了一个被称为“理论灵活性”的概念，以捕捉奥卡姆剃刀的基本思想，即具有更多自由参数的理论与更大范围的数据一致，从而使其更加复杂。在科学家的综述中，科学家用这个概念来测试标准宇宙模型和Mond与各种天文观测的对比，如星系的旋转和星系团内的运动。

标准宇宙学模型与基于数据与理论的匹配程度（从下到上提高）以及拟合的灵活性（从左到右上升）的观测结果的比较。空心圆不计入我们的评估中，因为该数据用于设置自由参数。转载自我们审查的表 3.jpg

　　每一次，科学家都给出一个介于–2和+2之间的理论灵活性分数。得分为–2表示模型在不查看数据的情况下做出了清晰、精确的预测。相反，+2意味着“一切皆有可能”——理论学家将能够拟合几乎任何看似合理的观察结果(因为有如此多的自由参数)。科学家还对每个模型与观察值的匹配程度进行了评级，其中+2表示非常一致，而–2表示明显表明理论错误的观察值。然后，科学家从与观测值一致的得分中减去理论灵活性得分，因为很好地匹配数据是好的——但能够适应任何情况则是坏的。

　　一个好的理论会做出清晰的预测，这些预测后来会被证实，理想的情况是在许多不同的测试中得到+4的综合分数(+2 -(-2) = +4)。一个糟糕的理论会得到0到-4之间的分数(-2 -(+2)= -4)。在这种情况下，精确的预测将会失败——这些不太可能在错误的物理条件下起作用。

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