暗物质难道不存在？
更多新证据认为现有暗物质理论存在问题
记者 张梦然 综合外电
现在，有数以千计的物理学家和天文学家热衷于搜寻暗物质：一种据说用其重力支撑着整个银河系的神秘物质。然而《科学》杂志在线版近期的一篇文章声称，有天文学家报告说，一种并不新鲜且广受争议的理论，对万有引力定律稍微修改，就能够比现有的标准(暗物质)理论更好地阐释银河系的某些关键属性。换句通俗易懂的说法，按照这个理论，暗物质可以不存在。
暗物质理论面临最强挑战
新的研究结果以论文形式发表在《物理评论快报》上。自该论文出现以后，一时还很难说服众多的质疑者，但已有许多标准理论的支持者表示，现有暗物质理论有必要对此给出回答与解释。“公平地说，标准(暗物质)理论应当直面这个以往从未接受过的挑战。”虽然并没有介入此前的分析，但德国加尔兴马克·普朗克天体物理研究所的西蒙·怀特如是说。
而此事追溯到源头，几乎是一场起伏的世纪之争。
据《科学》刊发的文章介绍，早在1933年，瑞士天文学家弗里茨·兹维基在观察螺旋星系时便发现，螺旋星系的物质在围绕着星系中心旋转时，在过高的速度下单靠其自身重力是无力避免被甩出星系的，然而，事实上它们没有被甩开。他由此提出了暗物质存在的理论。
到了上世纪70年代，美国科学家维拉·鲁宾与其他科学家发现，在个别星系的边缘出现了行星速度过快以至于不受星系中心恒星引力约束的现象。这些相对靠外的行星应比靠近中央的行星移动速度更慢才合理，就比如木星的公转速度显然要慢于地球。但维拉·鲁宾的观测研究却出现了反常状况——行星距离中心越远速度越快。这一观测报告似乎更加佐证了有某种暗物质的存在。
不过并非所有人都执此意见。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)。
MOND并没有在更大的尺度下改变引力定律，而是在微小的加速度尺度上巧妙地修正了牛顿定律。米尔格龙的理论假定在宇宙范围内动力学和重力与在牛顿理论下的表现略有不同。他特别指出，星系外围恒星所受的引力大于牛顿经典物理学所推测的，即在低于临界阈值加速度的情况下，引力从牛顿经典力学认为的随距离平方反比减弱形式，变为仅仅随距离反比减弱的形式，从而比想象的要强。
但就连米尔格龙也清醒地认识到自己的理论有一些不足之处。
“修正的牛顿引力理论”再被修正
暗物质的存在是MOND理论中一个最大的困窘。
作为欲取代暗物质才应运而生的MOND理论，却无法解释某些星系团系统呈现的清晰的质量差异为何与观测数据无法长期一致这一问题。因此，在过去的28年中，米尔格龙的MOND理论引发了一场漫长的争论。许多研究者认为，有越来越多的来自星系团、宇宙最大规模结构和宇宙大爆炸的证据表明了暗物质的存在。也有一部分学者针锋相对地表示，当考察微观细节时，至少在银河系范围内，MOND理论表现得更出色。
此次，持MOND理论的一方又给出了最新的回击：来自马里兰大学帕克学院的天文学家斯塔西·麦高表示，MOND理论已经能够解释星系质量与运转速度之间的相互关系，即有关这些外部区域星体速度的塔利-费舍尔关系。此前，MOND的理论家对此有过尝试，但囿于其研究所借助的模型，他们必须设定一个未经检验的关于星体质量与光量关系的前提假设，而该假设因为包含大量的不确定性而不具备说服力。
为了避免落入窠臼，麦高从不同来源上搜集了47个不同星系的数据。这些星系比星体含有更多氢气，而氢气的质量是可以直接测量的。麦高首先依据数据描绘了可见物质对抗星系旋转速度的情况，然后将直接从MOND理论推断出来的预测结果用几何线条的形式勾画出来，结果这些线条精确地与数据吻合。
而更为关键地是，麦高发现自己的研究数据并没有出现偏差，这也正是在气体和星体质量决定旋转速度的前提下所预期的结果。他表示并不很清楚暗物质理论模型会给出何种预期。然而，麦高的模型并不能令可见物质的质量与旋转速度之间的关系变得更加有力。所以，如果暗物质模型推导出了质量与旋转速度的紧密的关系，将非常令人惊异，因为含有同等质量暗物质的星系可能包含不同数量的星体。
“我认为(麦高的)数据是很棒的，事实上MOND理论非常敏锐。”长期从事宇宙进化模拟研究的怀特认为，麦高以此对暗物质理论家进行“挑衅”无可厚非。但他同时表示，暗物质理论也能够解决诸如宇宙大爆炸后的变化等许多MOND理论为之挣扎苦恼的宇宙学问题。
“MOND理论正确与否，其实都不是问题的意义所在。”新泽西州新不伦瑞克省罗格斯大学的理论天体物理学家杰里·塞尔伍德表示，MOND理论确实指出了一些冷暗物质无法解释的问题，而这就是既有暗物质理论存在的一点缺陷。如塞尔伍德所说：麦高论文的真正力度在于无论MOND理论是否真伪，在提醒他人正视自身理论的局限性方面，麦高论文也价值无限。
