暗物质不存在？！无暗物质宇宙模型突破最大障碍
暗物质和修正牛顿动力学(MOND理论)分别是这两个推论的延伸。暗物质假说认为，宇宙中我们看不到的暗物质正逐渐走向主流。当今宇宙学中最常用的模型是λλCDM模型，称为λ冷暗物质模型。当代宇宙学家在课程中学到的主要是这个模型。另一方面，以色列物理学家莫迪海·米尔格罗姆(Mordehai Milgrom)注意到，只有当重力加速度低于10-10m/s2时，旋转速度才会异常。他认为牛顿的引力在这种条件下不再适用，于是提出了蒙德理论。但即使他在1988用自己的理论解释了星系的自转曲线，MOND理论还是被嘲讽。
但是最近发表在《物理评论快报》上的一篇论文可能会改变现状。在这篇论文中，两位捷克理论物理学家康斯坦丁诺斯·斯科尔迪斯(Constantinos Skordis)和汤姆·兹沃什尼克(Tom Z？o？Nik)开发了一个新的相对论版本的MOND模型。越来越多的科学家注意到了他们的成就。也许我们的宇宙根本不需要暗物质。
蒙德理论长期被忽视是有原因的。最重要的原因是它不能解释宇宙微波背景(CMB)。
宇宙微波背景辐射是现代天文学最重要的发现之一，也是大爆炸假说最重要的证据之一。瑞士宇宙学家Ruth Durrer曾说:“一个理论必须与数据相符。这就是MOND的瓶颈。”λ CDM模型可以很好的利用CMB数据。“宇宙中重子物质占4.9%，暗物质占26.8%，暗能量占68.3%”的结论为科学爱好者所熟知，是用λ CDM模型计算CMB数据得到的。相反，MOND理论对CMB数据已经无可奈何，它无法重现CMB数据。
除此之外，MOND理论还有一些细节，比如很难解释某些星系中的引力透镜。根据广义相对论，质量大的物质的引力可以使光发生偏转，大量物质聚集的地方可以形成引力透镜。但在以子弹星系为首的一系列星系中，天文学家找不到一些引力透镜对应的质量，只能用看不见的暗物质来解释。然而在2004年，有人提出了相对论版本的MOND理论，可以解释这种凭空出现的引力透镜。但它仍未能克服最关键的问题:解读CMB数据。
就连这篇论文的作者斯科特也承认:“如果这个理论不能做到这一点(重现CMB数据)，它根本不值得进一步考虑。”最近发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上的最新版本的MOND模型，其最大的意义在于用一种类似于MOND的理论来解释CMB。
新版MOND理论假设有两个场渗透整个宇宙，它们的* * *相互作用导致了额外的引力。其中一个场是类似希格斯场的标量场；另一种是类似磁场的矢量场，空间中的每一点都有特定的方向。
Skodis和Zwosnik设置了理论参数，使早期宇宙中的引力修正场产生类似于暗物质的效应，从而保证了今天观测到的CMB数据可以被重现。这两个场会随着宇宙中时间的推移而演化，最终引力会变成最初MOND理论中描述的那样。
美国宇宙学家Stacy McGaugh说:“这是一项革命性的成就。在过去的几十年里，人们在很大程度上忽略了这一理论，因为MOND理论无法实现Skodis和Zwosnik今天所做的事情。”
一旦新的MOND模型解决了CMB的问题，它的优势立刻凸显出来。美国天文学家布伦特·塔利(Brent Tully)和理查德·费舍尔(Richard Fisher)在1977年发表的一篇论文中，提出了一个经验公式来描述旋涡星系的光度与自转曲线的横向速度之间的关系。从这个公式很容易得到“螺旋星系中所含的重子物质与其远距离自转速度的4次方成正比”的关系，称为重子塔利-费希尔关系(BTFR)。而MOND理论可以精确推导出BTFR。
暗物质根本无法预测这种关系。如果要在λλCDM模型的框架内重现BTFR，天文学家必须模拟来自早期宇宙的星系。经过100多亿年的进化，模拟星系或许能够重现BTFR。但如果要严格重现BTFR，就必须在模拟中加入非常严格的限制，对旋涡星系的演化机制进行不那么严格的修改。直到现在，坚持λλCDM模型的宇宙学家还无法通过模拟完美重现BTFR。
在蒙德这样的理论重新回到人们的视野之前，暗物质已经在宇宙学领域占据了30多年的主导地位。美国宇宙学家大卫·斯珀奇(David Sperge)表示，新的MOND模型过于复杂，相对论的新MOND模型只有在“暗物质假设的形式非常复杂”的情况下才能考虑。学术界对λλCDM模式充满信心。在2014版的《粒子物理评论》中写道:“(宇宙学的)统一模型已经建立，似乎没有多少空间可以对这一范式进行大的修改。”这种充满言论的“旗帜”，很容易让人联想到一个多世纪前的“两朵乌云”。这一次，类似的情况还会发生吗？或者说，物理学家走了30多年的弯路？
科学家一直在寻找暗物质，最有希望的候选者是弱相互作用大质量粒子(WIMP)。这种粒子只能通过弱相互作用和引力与其他物质相互作用，其质量可能在质子质量的1倍到1，000倍之间，用常规观测方法无法发现。
然而，几十年来对暗物质的探测，只是一次次刷新了暗物质可能存在的下限。今年7月初，在Marcel Grossman国际广义相对论会议上，中国金平地下实验室PandaX实验(简称“熊猫实验”)公布了PandaX-4T实验的首个暗物质搜寻结果，人类再次未能发现暗物质。相反，基于PandaX-4T试运行95天的数据，暗物质反应截面的上限被拉低了，这意味着理论上的WIMP更难被发现。这似乎在嘲笑物理学家:“想找WIMP？你人类的精准度不够。”
对WIMP的搜索已经接近极限，对它的搜索已经到了一个关键节点。很快，现有的大部分暗物质实验都将在WIMP理论中寻找可能的质量范围。如果到那时还没有发现，要么现有的探测手段根本找不到WIMP，要么暗物质根本不是WIMP……要么暗物质根本不存在。
一些仍然坚持暗物质的宇宙学家已经逐渐转向WIMP之外的粒子。其中一个强有力的竞争对手叫做axion，它比WIMP轻得多。科学家认为，中子星的热核可以产生轴子，当重要的官方光子到达中子星表面时，会转化为X射线光子，但目前科学家没有观测证据。在今年早些时候发表在《物理评论快报》上的一篇论文中，科学家认为这种效应可以用来解释中子星更高的X射线辐射。然而，他们目前的数据还不够准确，他们打算使用美国国家航空航天局的核光谱望远镜阵列(NuSTAR)进行进一步观察。与此同时，欧洲核子研究中心(CERN)的科学家们也将10米长的CERN轴子太阳望远镜(CAST)瞄准了太阳，试图从那里寻找轴子的踪迹。
此外，一些科学家认为暗物质可能是复合粒子，“暗夸克”和“暗胶子”可以像夸克和胶子一样结合在一起，形成“暗核”。也有人认为暗物质根本不是粒子，也可能是BIGBANG即将产生的初级黑洞。
不断推进的实验不断缩小暗物质可能存在的空间。英国伦敦玛丽女王大学替代引力模型专家泰莎·贝克(Tessa Baker)表示，如果暗物质探测器继续一无所获，“我们可能会看到人们对这种修改后的引力模型越来越感兴趣。”另一方面，Skodis和Zwosnik表示，他们可以通过进一步观察星系团和引力波来测试他们的最新模型。
无论如何，像蒙德理论和暗物质理论，这两个理论中最多只有一个解释宇宙本质的理论可能是正确的。而前者已经突破了最大的瓶颈，最有希望的暗物质候选逐渐成为过去，一些科学家甚至转向了其他候选。暗物质越来越像一个多世纪前被认为是传播光的介质“以太”。如果真的不像以太那样存在，那么MOND这样的理论能像相对论一样颠覆我们对宇宙的认识吗？让我们拭目以待。
让基础物理的风暴来得更猛烈些吧。
作者|王宇
参考文章:
info/1048/76138 . htm
暗物质会不会像以太一样，根本不存在？》
参考文件:
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1970ApJ...159..379 r/摘要
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1980ApJ...238..471R/摘要
https://ui . adsabs . Harvard . edu/ABS/10.1086/166777
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https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1975BAAS....七..426吨/摘要
https://IOP science . IOP . org/article/10.1088/1674-1137/38/9/090001/pdf
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