[新聞]宇宙缺失質量在哪裡?新理論破解暗物質
宇宙缺失質量在哪裡?牛津物理學家新理論可破解暗物質之謎
http://technews.tw/2018/12/06/dark-matter-dark-fluid-negative-mass-antimatter-ska-%CE%BBcdm/
宇宙中最令人崩潰的謎團不外乎暗物質與暗能量,明明占據宇宙總質量 95%,卻行蹤成謎
,摸不清本質。不過現在,牛津大學天體物理學家 Jamie Farnes 提出暗物質與暗能量其
實是種隨時間不斷生成的「負質量」暗流體理論,竟輕鬆解釋了所有疑點。重要的是,這
套理論與廣義相對論相容,無需顛覆愛因斯坦。
負質量(negative mass)是理論物理學中一種假設的物質形式,其質量正負值與正常物
質相反。這裡務必要注意的是,「負物質」與「反物質」(antimatter)是完全不同的概
念,負物質擁有負質量 / 負能量,但反物質擁有正質量 / 正能量,且反物質與普通物質
一樣受重力場吸引,但負物質不受重力場吸引,反而受其排斥;也可以說,如果你推動一
個負質量物質,它不會順著你的力量遠離,反而會靠近你。
過去已經有科學家提出負物質概念,但過去認為負質量粒子會隨著宇宙膨脹而變得稀薄、
分散,排斥力也隨時間推移變弱,與實際觀察到的宇宙正加速膨脹且充滿暗物質、暗能量
結果矛盾,科學家只好將理論丟到一旁。
現在 Jamie Farnes 稍加修改愛因斯坦的廣義相對論,提出新的負物質其實一直隨著宇宙
膨脹不斷生成。此前,穩態理論(Steady State Theory)也假設過新的(正)物質會隨
著宇宙擴張不斷產生,使宇宙符合完美宇宙學原理(Perfect Cosmological Principle)
,但觀察表明該理論不正確;而 Jamie Farnes 修正後指出,穩態理論的假設並不包括負
物質在內。
認定暗物質與暗能量都是一種負質量流體後,Jamie Farnes 以此開發一套 3D 電腦模型
,看看是否能解釋星系的暗物質暈構造。正常來說,星系的旋轉速率應該隨著與核心距離
增加而減少,但實際觀測發現,星系外側旋轉速度並未如預期減少,而是與內側持平,因
此科學家提出外側有暗物質暈填充,方能解釋星系外圍不至於因過大離心力而脫離。
https://img.technews.tw/wp-content/uploads/2018/12/06150131/Galactic-Rotation.png
典型的螺旋星系自轉曲線,預測曲線(A)與觀測曲線(B)矛盾。
而 Jamie Farnes 的模擬結果證實,帶有正質量物質的星系會從各方向吸引負質量物質(
暗物質與暗能量),負物質又對星系施加排斥力,能使星系以更高的速度旋轉、不至於撕
裂自己。
看起來,這套新理論不需要顛覆愛因斯坦,不需要萬有理論或修正牛頓理論(MOND),就
可以解釋宇宙那些神祕的缺失質量了。
Jamie Farnes 希望可以使用下一代巨型無線電望遠鏡「平方公里陣列(Square
Kilometre Array,SKA)」來證實負物質說法,該望遠鏡陣列正在建造中。如果 Jamie
Farnes 的理論正確,我們將能修正目前天文學家廣泛認同的宇宙 ΛCDM 模型(
LambdaCDM Model),認清暗物質與暗能量的本質:也許我們只是忘記在物質前面加上一
個簡單的減號。
論文:
https://www.aanda.org/component/article?access=doi&doi=10.1051/0004-6361/201832898
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