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否认暗物质的物理学家

也许牛顿物理学不需要暗物质来工作。

他是那些暗物质的人之一,“莫德岛米尔格洛姆对由他在Weizmann Institute的办公室停下来的同事......通过Odered Carmeli

H莫德海·米尔格罗姆(Mordehai Milgrom)在谈到一位同事拜访他在魏茨曼科学研究所(Weizmann Institute of Science)的办公室时说。米尔格罗姆介绍了我们,告诉我他的朋友正在走廊那头的一个项目中寻找暗物质的证据。

“没有”暗物质人“和”蒙德的人“,”他的同事们反驳道。

“我是‘MOND的人’,”米尔格罗姆自豪地宣称,他指的是修正牛顿动力学理论,他的理论修正了牛顿物理学,而不是假设暗物质和暗能量的存在。根据宇宙学的标准模型,暗物质和暗能量占宇宙总质量-能量含量的95.1%。

这种友好的事件表明(“MOTI”)MILGROM是平静的震惊的性格。在以色列夏天的炎热的70岁的物理学中,有一些误导的东西几乎误导,每当他兴奋时,他们的柔和的声音就会破裂。他愉快的举止没有透露,这名男子声称自己是第三人正确的牛顿物理学:一是马克斯·普朗克(量子理论),然后爱因斯坦(相对论),现在米格罗姆。

今年在Weizmann标志着Milgrom的50日。我拜访了他,了解更多关于如何成为一个科学的人,他对Thomas Kuhn的感觉《科学革命的结构》为什么他认为暗物质和黑暗能量不存在。

美国国家航空航天局


是什么激励你献身于恒星的运动?

我还清楚地记得物理学是如何打动我的。当时我16岁,我想:这是一种理解事物如何运作的方法,远远超出了我的同龄人的理解。这不是一个长期的计划。这是每天的景点。我只是喜欢物理,就像其他人喜欢艺术或运动一样。我从未想过有一天会有重大的发现,比如纠正牛顿的错误。

也许我们应该修复牛顿,而不是制作一整类的物质,以适应我们的测量。

我在学校有一个很棒的物理老师,但当你学习教科书材料时,你是在学习交易。你仍然看不到为取得科学突破所付出的努力,当事情还不清楚,凭直觉取得进展时,往往会出错。学校可不会教你这些。他们告诉你科学总是在进步的:你有一个知识体系,然后有人发现了一些东西,并扩展了这个知识体系。但事实并非如此。科学的进步决不是直线的。

你是如何参与暗物质问题的?

在我的博士结束时,这里的物理部门想扩大。所以他们问了三大博士学位。研究粒子物理学的学生选择新的领域。我们选择了天体物理学,Weizmann Institute与国外机构带来了一些琴弦,所以他们会接受我们作为Postdocs。所以我去康奈尔填补了我的空白。

经过几年的高能量天体物理学,在空间X射线辐射的物理上工作,我决定搬到另一个领域:星系的动态。在第一次详细测量的星星速度速度旋转螺旋星系进来之后是几年。而且,测量有问题。

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你的一切都纯净了吗?

让我们做个游戏。你得到一个有两个隔间和一个球的盒子。球可以以相等的概率出现在任意一个格子里,我的任务就是猜出哪个格子。好吧,这不是最激动人心的比赛…阅读更多

要理解这个问题,我们需要思考一些天体的旋转。我们的行星围绕着太阳运行,而太阳又围绕着银河系的中心运行。在太阳系内部,来自太阳质量的引力和行星的速度处于平衡状态。根据牛顿定律,这就是为什么太阳系最内层的行星水星以每小时超过10万英里的速度绕太阳运行,而最外层的行星海王星以每小时超过1万英里的速度爬行。

现在,您可能认为相同的逻辑将适用于星系:距离Galaxy的中心越远,它围绕它越慢;然而,虽然在较小的半径下,测量值如牛顿物理学所预测的,但恒生恒星被证明比我们在这些星系中看到的群众的引力拉动所预测的要快得多。在20世纪70年代后期,无线电望远镜能够在星系的郊区检测和测量冷气云,观察到的差距越来越宽。这些云轨道轨道比星星更远的半乳液中心,因此异常发展成为一个主要的科学难题。

解决这个难题的一种方法是简单地添加更多物质。如果星系中心的可见质量太少,以考虑恒星和天然气的速度,也许有更多的物质而不是符合眼睛,而且我们看不到的事情,暗物质。

是什么让你第一次质疑暗物质的存在?

让我印象深刻的是这种异常现象的规律性。旋转速度不仅比预期的大,而且随着半径的增大而变的恒定。为什么?当然,如果有暗物质,恒星的速度会更大,但旋转曲线,也就是绘制成半径函数的旋转速度,仍然可以根据其分布上下波动。但是他们没有。这让我觉得很奇怪。所以,在1980年,我带着以下的预感去了普林斯顿高等研究院休假:如果转速是恒定的,那么也许我们看到的是一种新的自然法则。如果牛顿物理学不能预测固定的曲线,也许我们应该修正牛顿,而不是创造一种全新的物质来满足我们的测量。

如果你要改变在我们的太阳系中运转良好的自然法则,你需要找到一个将太阳系与星系区分开来的属性。所以我做了一张不同性质的图表,比如尺寸、质量、旋转速度等等。对于每个参数,我放入了地球、太阳系和一些星系。例如,星系比太阳系大,所以也许牛顿定律在大的距离上不起作用?但如果是这样的话,你会认为旋转异常会在更大的星系中变得更大,而事实上并非如此。所以我划掉了那个,然后去看下一个。

我终于用加速度击中了金色:对象速度变化的节奏。

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我们通常会想到沿着同一方向加速的河流汽车,但想象一下旋转木马。你可以进入圈子,仍然加速。否则,你就会脱落。同样适用于天体旋转木马。它在加速度中,我们发现秤的巨大差异,一个证明了修改牛顿的一个证明:星系中心的星形的正常加速度大约比地球绕太阳的地球的达到百万倍。

对于那些小型加速来说,MOND介绍了一种新的自然常量,称为一种0..如果你在高中学过物理,你可能还记得牛顿第二定律:力等于质量乘以加速度,或者F=.虽然这是一个完全良好的工具,在处理加速度大于一种0.如我们阳光周围的行星的那些,我建议在显着降低的加速度下,甚至比我们在银河系中的阳光下更低,力变得与加速度的平方成比例,或者F=2/一种0.

换句话说:根据牛顿的法律,银河系中心周围的恒星的转速应该减少恒星来自质心的中心。如果MOND是正确的,它应该达到恒定值,从而消除了对暗物质的需求。

普林斯顿的同事们想到了这一切?

我没有和我在普林斯顿的同事分享这些想法。我害怕让人觉得我疯了。然后,在1981年,当我已经对MOND有了一个清晰的概念,我不想让任何人跳上我的车,可以说,这更疯狂当你思考它的时候。不用说[笑着说]即使我拼命想要他们,也没有人跳过我的旅行车。

好吧,你是35岁,你建议修理牛顿。

为什么不呢?有什么大不了的?如果有什么不能工作,就去解决它。我并不是想逞胆。我那时非常naïve。我不明白科学家和其他人一样会受到习俗和兴趣的影响。

像托马斯库恩的《科学革命的结构》

我喜欢那本书。我读了几次。它向我展示了我的生命的故事如何发生在历史上的许多其他科学家。当然,很容易取笑曾经反对我们现在所知道的好科学的人,但我们有什么不同吗?库恩强调,这些失国者通常是良好的科学家,原因是对象。只是偏见者通常具有独特的观点,这些东西不是由其他人共享的。我现在嘲笑它,因为蒙德已经取得了这样的进展,但是有时候我感到沮丧和孤立。

是什么样的是一个科学的小牛?

总的来说,过去的35年是令人兴奋和有回报的,正是因为我一直在倡导一种特立独行的范式。我天生是一个孤独的人,尽管有令人畏惧和怀疑的时候,我更喜欢这样,而不是随波逐流。我很自信的基本有效性蒙德从一开始,它帮了我很多在接受这一切,但是有挥之不去的反对蒙德两大优势:首先,它给了我时间来做出更多贡献蒙德比我社区跳上了蒙德车。其次,一旦MOND被接受,对它的长期和广泛的抵制只会证明它是一个多么重要的想法。

在普林斯顿的休假结束时,我秘密地写了三篇论文向世界介绍了蒙德。然而,发布它们是一个完整的故事。起初我将我的内核纸寄到了期刊,如自然astrophysical杂志,它几乎被拒绝了。这花了很长时间,直到所有三篇论文发表,并排发表天体物理杂志

第一个听到MOND的人是我的妻子伊冯。坦白地说,当我说这句话的时候,我的眼泪夺眶而出。伊冯不是科学家,但她一直是我最大的支持者。

将Mund融入Einsteinian物理学不再是一个挑战。

第一个科学家返回MOND是另一个物理Maverick:雅各布·贝肯斯坦的后期教授,谁是第一个建议黑洞应该有明确定义的熵,后来被称为Bekenstein-hapking熵。在我提交最初的Mond Trilogy之后,我向几个天体物理学家寄了预印,但雅各是我讨论过Mond的第一个科学家。他从一开始就热烈乐意。

慢慢地,这种对暗物质的微小反对从两位物理学家发展到几百名支持者,或者至少是认真对待MOND的科学家。暗物质仍然是科学界的共识,但MOND现在是一个强大的对手,宣称皇帝没有衣服,暗物质是我们这一代的以太。

所以发生了什么事?就暗物质而言,没有任何东西。一系列寻找暗物质的实验,包括大型特罗龙撞机,许多地下实验和几个空间任务,未能直接观察其非常存在。同时,蒙德能够准确地预测迄今为止越来越多的螺旋星系的旋转,迄今为止。

所有的东西吗?一些论文声称,MOND无法预测某些星系的动力学。

这是真的,而且完全没问题,因为MOND的预测是基于测量的。仅考虑到有规律的可见物质的分布,MOND就可以预测星系的动力学。但这个预测是基于我们最初的测量。我们测量从一个星系射入的光来计算它的质量,但我们通常不知道到那个星系的确切距离,所以我们不确定那个星系到底有多大。还有其他变量,比如分子气体,我们根本无法观测到。是的,有些星系并不完全符合MOND的预测,但总而言之,我们有足够的星系数据一次又一次地证明MOND是正确的,这几乎是一个奇迹。

你的对手说MOND最大的缺陷是它与相对论物理的不相容。

2004年,贝肯斯坦提出了他的相对论引力理论(TeVeS)。从那时起,几个不同的相对论MOND的公式被提出,包括我提出的一个,称为Bimetric MOND,或BIMOND。

所以,没有,将蒙德纳进入艾因斯坦物理不再是一个挑战。我听到这个陈述仍然制作,但只有在鹦鹉彼此的人,他们自己并不所有人并不过去10年的发展。有几种相对主义的蒙德版本。仍然挑战的仍然是展示蒙德可以考虑宇宙中的大众异常。

另一个论据,宇宙学家经常使暗物质是不仅仅是为了在星系内的运动,而且需要更大的尺度。蒙德不得不对此做些什么?

根据大爆炸理论,宇宙开始作为138亿年前统一的奇异性。而且,正如在星系中,从早期宇宙中由宇宙背景辐射制成的观察结果表明,宇宙中所有事情的重力是不够的,不能形成我们目前看到的不同模式,就像星系和星星一样,只需13.8十亿年。再一次,暗物质被称为救援:它不会发出辐射,但它确实与引力接合可见材料。因此,从20世纪80年代开始,新的宇宙学教条是暗物质在宇宙中的所有物质中构成了惊人的95%。持续,好吧,直到炸弹在1998年击中我们。

事实证明,宇宙的膨胀是在加速,而不是像我们所有人最初认为的那样在减速。任何形式的真实物质,无论是否黑暗,都应该减缓加速度。于是一种全新的实体被发明了:暗能量。现在公认的宇宙学是,宇宙由70%的暗能量,25%的暗物质和5%的常规物质组成。

Mond的恒定等于光的速度平方,除以宇宙的半径

但黑能量只是一个快速修复,与暗物质相同。就像在星系中一样,你可以发明一个全新的能量,然后花年花费试图了解它的属性,或者你可以尝试修复你的理论。

除此之外,蒙蒙宁指出了星系和宇宙学中的结构和动态之间的一个非常深入的联系。这在可接受的物理中预计不会。星系是宇宙大规模范围内的微小结构,而且这些结构可以表现不同,而无需违背当前的宇宙学共识。但是,MOND创建此连接,绑定两者。

这种联系令人惊讶:不知什么原因,的MOND常量一种0.靠近宇宙本身的加速度。事实上,蒙顿的常数等于光的速度平方,除以宇宙的半径。

所以,确实,对于你的问题,这个难题目前是有效的。MOND还没有足够的宇宙学,但我们正在研究。一旦我们完全理解了MOND,我相信我们也将完全理解宇宙的膨胀,反之亦然:一个新的宇宙学理论将解释MOND。那不是很神奇吗?

您如何看待拟议的物理学理论,合并蒙多普林机的统一理论?

这些都让我想起了我1999年的论文“作为真空效应的MOND”,论文中指出,像我们这样的宇宙中的量子真空可能会在星系中产生MOND行为,宇宙常数以MOND加速常数的伪装出现,一种0..但我很乐意看到这些命题所提出的,特别是因为他们是传统蒙蒙德社区之外的人们制造的。来自其他背景的研究人员非常重要,对Mond感兴趣,并带来新的想法,以进一步了解其起源。

如果您有一个统一的物理理论,那么解释一切?然后怎样呢?

你知道,我不是一个宗教人士,但我经常考虑我们的微小的蓝色点,我们物理学家在这里做的艰苦工作。谁知道?或许在某处,在这些星系之一,我度过了我一生研究,已经有物理的已知统一理论,与MOND的内置到它的变化。但后来我觉得:那是什么?我们仍然玩得开心。即使宇宙从未注意到过,我们仍然有激动人心的刺激性。


Odered Carmeli是一名科学记者,以色列特拉维夫的诗人。

引导形象:Mordehai Milgrom学分:Weizmann Institute

本文最初发布Nautilus宇宙2017年2月。

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