
天文学家知道,宇宙中的星系表现不佳。有些人旋转得太快,而另一些人太热了,而另一些则太快地进入了超级结构。
但是他们不知道为什么。也许有一些新的隐藏粒子,例如暗物质,可以解释怪异。也许重力以科学家没有想到的方式对这些聚集的恒星簇作用。
几十年来,天文学家一直在辩论这种可能性。尽管大多数天文学家认为存在暗物质,但有些人仍然认为我们需要修改我们的重力理论。但是,新的研究发现了修改后的重力理论的危险缺陷:它们允许效果无原因,并且信息传播的速度比光速更快。这是不好的……用于修饰的重力。
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首席研究员兼塔夫茨大学天体物理学家马克·赫兹伯格(Mark Hertzberg)告诉《现场科学》:“它可能会大大改变这一研究领域,迫使它朝着新的方向迫使它。”
冷,但不要太冷
宇宙中发生了一些有趣的事情。例如,基于科学家根据星系的质量预测的内容,星星在其中的中心周围的绕过太快;星系簇内部气体的温度太热了。我们的宇宙中出现了大型结构。
在银河系和宇宙学的尺度上,天文学家对重力的理解完全消失了,或者我们宇宙中有一种新成分具有重力,但否则是看不见的。后一种想法被称为冷暗物质(CDM),这是物理学尚不清楚的假设物质形式的名称。 “冷”有指出,与其他潜在潜在的暗物质候选者相比中微子- 热物质颗粒候选者的一个例子。
“如果一个人放弃因果关系的原则,那么这意味着我们基本上无法解释粒子物理和一般相对论的标准模型的结构。”
马克·赫兹伯格(Mark Hertzberg),塔夫茨大学
通过用光线看不见的物质形式填充星系,CDM假设在解释了大多数星系和较大宇宙的观察结果方面取得了成功。到目前为止,这是宇宙为何表现出色的最常见的解释。
但是CDM假设并不完美。无论是什么,它都位于粒子物理的标准模型之外,这意味着我们不知道它是什么。而且,它很难解释一种称为Baryonic Tully-Fisher关系的东西。观察到的关系表明,星系的正常物质总质量(称为重型物质)与旋转速度的第四功率成正比。但是CDM模型预测,这种关系应该与第三个功能相比,预测星系比实际质量较慢。
还会发生什么?
每个人
整个CDM想法的替代方法是对重力的修改理解。最简单的模型属于一个名为Mond的类,用于修改的牛顿动力学。这些模型将牛顿物理学(Think Force =质量X加速度)取代其他关系,这些关系与观察到的星系内恒星的旋转速率相匹配。尽管这些模型在1970年代和1980年代首次发现暗物质时很受欢迎,但它们未能说明星系簇和更大的宇宙的观察。因此,大多数科学家几乎都拒绝了这些模型。
但是,CDM不足以解释内部银河系动力学为Mond生存提供了一个开放。但是量子力学。这正是赫兹伯格和他的团队打算要做的事情。他们的研究结果于5月发布到预印度数据库arxiv,因此该研究尚未经过同行评审。
赫兹伯格告诉《现场科学》:“在相对和量子力学的框架内获得新的东西是增加新的自由度。”换句话说,要使蒙迪亚理论与已知物理学一起工作,您必须为理论添加一大堆时髦的东西。赫兹伯格(Hertzberg)和合作者雅各布(Jacob)杂货店和尼尔·沙阿(Neil Shah)在检查时髦的东西时发现了“这些尝试中的一些理论问题”。
本地和因果
例如,赫兹伯格(Hertzberg)和他的合作者研究了蒙迪亚(Mondian)理论是否保护两个原则:地方和因果关系。局部性是一个概念,即对象直接仅受周围环境的影响 - 为了使一个对象影响另一个对象,它必须通过像以有限速度行进的力这样的力来传输该物体。因果关系是所有事件都有原因的简单概念。
如果一种理论违反了地方和/或因果关系,则不太可能符合我们的物理理论,这确实保护了这两个原则
赫兹伯格说:“如果人们放弃因果关系和地方的原则,那么这意味着我们基本上无法解释粒子物理和一般相对性的标准模型的结构,因为它们是首先要构建这些理论的一些中心原则。” “换句话说,如果因果关系在自然界中严重破坏,我们很可能已经在实验室中对粒子物理的各种校正或空间中的重力测试中已经看到了它。”
换句话说,我们现在应该注意到。
由于所有可用的证据表明保留了地方和因果关系(至少在宏观尺度上),因此应遵守任何新的物理学理论。物理学家团队将蒙迪安理论进行了测试,发现它们包含允许非本地性和可怕性的功能。换句话说,如果Mondian理论正确,那么事件可能会发生无因素而发生的事件即时旅行,这违反了宇宙中的光速限制。
赫兹伯格说:“由于我们发现现有的关于根本新的暗物质和类似Mond理论的建议具有某种形式的可怕性,因此它表明它们可能不会嵌入基本物理学中,至少以目前的形式嵌入。”
蒙德的末尾?
确实有可能在银河量表上违反当地和因果关系,但这与我们对物理学的其他所有知识都非常困难。
关于蒙迪亚理论的未来,赫兹伯格推测:“它激发了试图尝试构建某些类似模型的尝试,这些模型以某种方式保持因果关系。但这看起来很难实现。在我们的论文中,我们表明这些模型的广义形式失败了上述测试以保持一致性。”
尽管如此,“冷暗物质”范式仍然很难解释银河物理的细节。但是,这可能会有更多的平凡原因,而不是振奋所有已知的物理学。建模星系如何形成和发展,甚至仅考虑正常物质起作用的所有混乱过程,这是非常困难的。也许,对星系的更复杂的理解将为观察到的Baryonic Tully-Fisher关系提供解释。
CDM是迄今为止我们拥有的最好的解释。
赫兹伯格说:“ CDM的伟大是理论上是在牢固的基础上,并且通过上述所有理论一致性测试,即使它不是粒子物理标准模型的一部分。” “我之所以说是在坚定的基础上是,没有知道的理论原因为什么宇宙中不应该有一些稳定,中性的颗粒,而不是很大。
赫兹伯格说,接下来,团队将研究试图结合冷暗物质和蒙迪亚动力学成功的模型。
最初发表在现场科学上。
编者注:本文更新了,包括赫兹伯格的合作者。