基于MOND理论的暗物质问题研究

陈宝群

(陕西师范大学地理科学与旅游学院，西安  710062)

在宇宙学中，暗物质是指那些自身不发射电磁辐射，也不与电磁波相互作用的一种物质。人们目前只能通过引力效应得知宇宙中有大量暗物质的存在。暗物质存在的早期证据来源于对球状星系旋转速度的观测。现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、微波背景辐射的研究表明，我们目前所认知的部分大概只占宇宙的4%，暗物质占了宇宙的23%，还有73%是暗能量。暗物质研究方面，目前普遍的认识认为，暗物质可能是人们尚未认识到的大质量基本暗性粒子，并且进行了多年的实验探测。2011年5月，意大利暗物质探测无果，该结果质疑其它发现暗物质结果。从地球形成的历史角度来看，宇宙尘埃作为暗物质的主要候选者（陈宝群，作为暗物质主要候选者的宇宙尘埃，新华博客），一定程度上可以解决引力透镜对于暗物质存在的观测证据，但对于解决宇宙科学研究的绝大部分质量丢失事实上是无能为力的，我们可能需要从暗物质的最初提出那儿才能寻找到比较可靠一些的答案。

最早提出并推断暗物质存在的是20世纪30年代荷兰科学家Jan  Oort与美国加州理工学院的瑞士天文学家弗里茨•兹威基等。弗里茨•兹威基观测螺旋星系旋转速度时，发现星系外侧的旋转速度较牛顿重力预期的快，于是推测必有数量庞大的质能拉住星系外侧组成，以使其不致因过大的离心力而脱离星系。1983年，以色列魏茨曼科学研究所的物理学家莫德海•米尔格龙提出，他能够在摒除暗物质影响的前提下，对所谓的星系螺旋曲线现象进行解释，这就是“经修改的牛顿动力学”(MOND：Modified  Newtonian Dynamics）。MOND理论可以很好地拟合星系旋转曲线，解释质量随光度的分布，甚至能正确的预言星流的运动。由于MOND理论主要是基于数学形式上的修正并没有解释具体作用机制，对其他现象的解释也差强人意，许多人对其持保留态度。众所周知，牛顿引力定律是基于太阳系行星运动及其轨道研究得出的结论，长期以来得到了普遍的证实和认可。从牛顿引力定律适用条件寻求一些认识方面的突破是目前解决暗物质问题的最佳途径。我们知道，太阳系内主要天体的轨道，都在地球绕太阳公转的轨道平面（黄道）附近。事实上，弗里茨•兹威基等人观测的螺旋星系是一些球状或扁球状星系。

螺旋星系是由大量气体、尘埃和又热又亮的恒星组成，有旋臂结构的扁平状星系。螺旋星系有相当大的总角动量，中心有核球结构，被周围的星系盘环绕着。星系盘是扁平的，伴随着星际物质、年轻的第一星族恒星、和疏散星团，共同绕着核球旋转。螺旋星系的核球类似椭圆星系，由许多属于第二星族的老年恒星包裹而成，并且通常可能会有超重黑洞隐藏在中心。球状或者扁球状的螺旋星系如何产生光度质量和牛顿引力质量的巨大差异是解决暗物质问题的关键。天文学上研究天体的质量，有引力质量和光度质量两种方式，两种质量计算方式都以太阳质量作为参照依据。由于螺旋星系的核球部分是由众多老年恒星组成的，相互包裹的老年恒星之间存在的遮蔽作用使得核球部分的观测光度比实际光度大为减小，从而依据光度计算得到的光度质量就会远远小于牛顿引力质量，导致螺旋星系的质量丢失产生众所周知的暗物质问题。遮蔽作用系个人依据一般日常现象，为解决暗物质问题单独提出，查找文献发现后发现遮蔽作用与星系团的光度分层现象（赵君亮，星系团的分层效应，天文学进展，2007，25（3）：206-214.）确有相似。

暗物质问题由来已久，被国际学术界称为“21世纪宇宙科学之谜”，除了对于晕物质这样一个既有认识结论的研究重视不够，以及本篇博客论文所指出的质量缺失问题长期以来没有得到妥善解决之外，宇宙膨胀说也在客观上需要“暗物质”这样一个事实上不存在的东东进行一些引力上的平衡，而关于宇宙膨胀说的问题个人已经在“光波红移与量子统一场论研究”博客论文中进行了比较清楚的理论阐明。

致谢：关于暗物质问题的一些研究实际上是在腾讯网和新华网众多陌生网友的积极关注和大力支持下开展的，对他们的热情和有爱表示由衷的感谢。

作者简介：陈宝群（１９６９—），男，江苏南通人，讲师，博士，主要从事自然地理研究，chenbaoqun@sina.com。

注：(2015-07-13 13:03:34)在新浪博客公开并且在新华网发展论坛开展过讨论。