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|银河系曾与仙女座星系碰撞过？( 二 )


所以 ， 这是一个僵局 ， 除非引力本身存在着问题 。
|银河系曾与仙女座星系碰撞过？
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修改引力
牛顿和爱因斯坦的理论都假定 ， 引力的强度与两个物体之间距离的平方成反比 。经过300多年的探索 ， 我们发现这个理论在太阳系内的确是成立的 。但在太阳系外呢？我们从来没有在更大的尺度下进行过测试 。
其实 ， 引力在各个地方的表现并不是一样的 ， 这种观点早在上个世纪80年代就提出过 ， 为的是替代暗物质模型 。这种理论叫做修正牛顿动力学 。
修正牛顿动力学是说引力场在相对较弱的情况下 ， 其强度不与距离的平方成反比 ， 而是随着距离的增加衰减得更加平缓 。根据这种引力理论 ， 仙女座星系与银河系之间的引力比传统计算的要大得多 。
2014年 ， 一些天文学家经过分析发现 ， 如果修正牛顿动力学是正确的 ， 那么银河系和仙女座星系就有足够的引力在70亿到110亿年前 ， 发生过一次碰撞 。
尽管我们从来没有检测过引力强度在很弱的引力场下究竟怎样 ， 但是许多物理学家都不喜欢去修改引力理论 。另外 ， 修正牛顿动力学不是万能的 ， 在许多星系或星系团中 ， 我们仍然需要有暗物质的存在 ， 来把这些天体内的物质都聚在一起 。总之 ， 修正牛顿动力学无法完美解决问题 。
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超流体暗物质
一些美国物理学家提议 ， 还可以用“超流体暗物质”解决此问题 。
超流体 ， 是一种处在玻色-爱因斯坦凝聚态的物质 。玻色-爱因斯坦凝聚态是一个与固体、液体和气体完全不同的物质状态 ， 是某些原子一旦低于特定的温度时 ， 它们的行为如同一个单一的原子 ， 而且内部物质流动时是没有阻力的 。当温度上升时 ， 它们很快会恢复到正常状态 。
如果暗物质粒子可以进入玻色-爱因斯坦凝聚态 ， 那么就可以解决许多问题 。在相对较弱的引力场下 ， 暗物质移动缓慢 ， 温度很低 ， 它会进入玻色-爱因斯坦凝聚态 ， 因为行为如同一个单一的粒子 ， 意味着其质量或能量是均匀分散到它所存在的范围里 ， 时空弯曲得会更加平缓 ， 产生了类似修正牛顿动力学中的引力 。这样一来 ， 银河系和仙女座星系就能有机会在过去发生过一次碰撞 。
那么 ， 为什么我们没有在太阳系内察觉到这个现象？
因为我们身边有个太阳 。太阳系内是一个引力场较强的地方 ， 暗物质无法在这里进入玻色-爱因斯坦凝聚态 。每个银河系的恒星附近也是这样 。不过 ， 我们的星系以及所有其他的星系之间 ， 距离很远 ， 所以在整个银河系中 ， 超流体暗物质仍占主导地位 。
现在 ， 这些物理学家正利用计算机模型来研究超流体暗物质如何影响星系的碰撞 ， 然后再去找哪些天文学观测可以验证此理论 ， 以及还准备在实验室中寻找有哪些低温下的原子会产生类似的效果 。如果有的话 ， 也许我们可在实验室中用冷原子气体来模拟星系 。
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巨大的差距
许多科学家认为 ， 不管是修正牛顿动力学 ， 还是超流体暗物质理论 ， 这些都是不必要的 ， 这就像用大炮打蚊子——大刀破斧地修改理论只是为了解决矮星系分布的小问题 。
一些天文学家还推测 ， 矮星系的分布问题 ， 可能只是因为当前计算机的计算能力有限导致的 。但模拟与现实之间的差距是很明显的 。银河系矮星系构成的环形结构直径约50万光年 ， 但厚度不超过5万光年 。但是计算机根据现有理论模拟出的环形结构 ， 其厚度始终都大于100万光年 。这差距太大了 ， 可不是个小问题 。


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