自20世紀60年代以來,天文學家和宇宙學家普遍認為宇宙的大部分是由一個看不見的神祕物質(稱為暗物質)組成的。雖然科學家還沒有確定構成這個品質的候選粒子,但是通過一系列的間接測試和模擬已經表明暗物質很可能或者是肯定存在,才能使宇宙成為現在的樣子。
沒有暗物質的宇宙然而一個有趣的實驗是,一組歐洲研究人員進行了一次模擬,觀察了一個沒有暗物質的宇宙。利用另一種被稱為修正牛頓動力學(MUN)的理論,研究小組建立了一個計算機模擬,其中星系實際上與我們今天在宇宙中看到的非常相似。這些發現可能有助於解決現代宇宙學中最持久的謎團之一。
這項研究是由波昂大學赫爾姆霍茲輻射與核物理研究所的帕維爾·克魯帕教授領導的恆星種群與動力學研究小組(SPODYR)進行的。斯波迪爾的博士生尼爾斯·維滕堡和斯特拉斯堡大學的研究主任貝諾特·法邁伊也加入了他的行列。
這一理論認為,引力的行為不同於以前的引力,該想法是由以色列物理學家莫爾德海·米爾格羅姆博士首先提出的,因此有了另一個名字“米爾格羅姆引力”。根據這一理論,兩個品質之間的引力服從牛頓運動定律。
我們知道大品質物質即使在較低的加速度下,它的重力影響也不可小覷。簡而言之,物體的吸引力不僅取決於它自身的品質,還取決於其他物體是否在它的附近。這個理論可以解釋為什麼星系不會因為它們的旋轉速度而分裂,換言之,也就是暗物質的存在。
然而科學家模擬了一個沒有暗物質的宇宙,在這個宇宙中代替暗物質的是一種稱為“蒙德”(MOND)的物質,故也成為“蒙德模擬”。蒙德也是有吸引力的,它成為了暗物質的替代品。儘管如此,蒙德仍然是一個基本上未經驗證和未經測試的理論,這是維滕伯格和他的同事們試圖解決的問題。於是研究小組使用計算軟體來進行重力計算(他們設計)來模擬一個存在蒙德的宇宙。
這包括模擬第一席星和星系的誕生,這些星系被認為是大爆炸後100000到300000年之間的產物,以及它們是如何演化的。有趣的是,他們發現,在計算機生成的星系中,恆星的分佈和速度遵循了與今天宇宙中可見的恆星相同的模式。研究顯示,在許多方面,我們的結果與我們用望遠鏡實際觀測的非常接近。此外,我們的模擬結果主要是形成旋轉盤星系,像銀河系和幾乎所有其他大星系,我們知道。另一方面,暗物質模擬主要是在沒有明顯物質席的情況下產生星系,這與觀測結果的差異是難以解釋的。
此外,蒙德模擬實際上不受引數變化的影響,例如超新星的頻率及其對星系中物質分佈的影響。然而,在假定暗物質存在的模擬的情況下,這些引數的變化具有相當大的影響。這並不是說蒙德模擬在所有方面都是正確的。
例如,模擬依賴於一些相當簡單的關於物質分佈和早期宇宙存在條件的假設。“我們的模擬只是第一步,”克魯帕教授強調。“我們現在必須重複計算,包括更復雜的影響因素。然後我們會看看蒙德理論是否可以真的解釋現實。”
因為當涉及到宇宙在最巨集大的尺度和最長的時間週期上的動力學和行為時,科學家總是沒有定論。雖然暗物質的存在還沒有被證實,但它是唯一的宇宙學理論,是與廣義相對論是一致的一個不斷被證明的理論,也是唯一的關於重力在宇宙學尺度上的行為假設。
宇宙大爆炸的時間線。宇宙中微子在發出時會影響到宇宙微波背景輻射,直到今天,物理學一直在研究它們的其他演化過程。