下一个分析是暗物质,从尺度盲区的角度来看,它将更加有趣。因为在那里,我们将首次研究“观察到的效应”与“假设的实体”之间的尺度关系。
现在我们来到尺度盲区假设最有趣的测试领域之一。
这里的基本问题是:
暗物质真的是一种新的物理实体吗?
还是因为我们试图用同一个定律来解释在不同尺度上运作的动力学,从而产生的一种尺度盲区?
我们需要区分这两种可能性。
步骤1:观察尺度
首先让我们写下真正观察到的现象。
观察到的是:
- 星系旋转曲线
- 星系团动力学
- 引力透镜效应
- 大尺度结构形成
也就是说,直接观察到的是:
v(r) 和 g(r) 类型的量。
观察到的是:
不是“暗物质粒子”。
观察到的是:
与预期不同的引力效应。
尺度地图
尺度-0
局域观察
- 太阳系
- 双星
- 行星
在这里,牛顿和相对论非常成功。
尺度-1
星系尺度
大约:
10^20 − 10^21 米尺度。
最初的异常现象出现在这里。
尺度-2
星系团
更大的尺度。
尺度-3
宇宙网
宇宙的大尺度结构。
问题的出现
计算:
使用 F = (GMm) / r^2 进行。
当使用可见物质时:
得出预期速度(v_预期)。
但测量到的速度:
v_测量 更大。
这种差异被解释为:
存在被称为 M_缺失 的不可见质量。
而这就变成了暗物质。
尺度盲区问题
这里的关键问题是:
牛顿定律是普遍适用的吗?
还是 1 / r^2 的行为只在特定尺度上有效?
这两种解释截然不同。
方法A
标准宇宙学
假设:
定律是正确的。
因此:
存在缺失的物质。
也就是说:
Δg 异常
↓
被解释为额外质量。
从尺度的角度来看:
保留了局域定律。
添加了新实体。
方法B
尺度盲区的可能性
假设:
没有新物质。
定律是依赖于尺度的。
也就是说:
可能是 g = g(r, λ)。
在这里:
λ 是尺度参数。
在这种情况下:
在局域尺度上正确的物理关系可能在星系尺度上发生改变。
为什么MOND很有趣?
MOND(修正牛顿动力学)正是源于这个问题。
基本思想:
在极低加速度,即 a < a_0 时,牛顿定律可能会发生改变。
这很有趣。
因为这是第一次:
受到质疑的不是“缺失的物质”
而是“尺度过渡”。
尺度盲区测试
假设可以这样写:
H0
暗物质是真实的。
不存在尺度盲区。
H1
暗物质的至少一部分
源于对依赖尺度的动力学的错误解释。
这个测试可以直接进行。
从尺度地图看风险区域
让我们看看这个链条:
局域实验
↓
局域定律
↓
星系
↓
宇宙
↓
暗物质
在这里,尺度在每一步都在变大。
尺度盲区假设提出了这个问题:
我们把在局域尺度上校准的方程向上了多少个尺度?
这是一个非常重要的方法论问题。
历史相似性
这种情况与以太问题惊人地相似。
在以太中:
存在“机械波 → 需要介质”的假设。
在这里:
存在“局域引力 → 在所有尺度上以相同方式运作”的假设。
当然,这并不能说明暗物质是错误的。
但从尺度盲区的角度来看,它产生了这样的警告:
在接受一个尚未被观察到的实体之前,先测试尺度过渡本身。
从分形视角来看
用更接近我方法的表达方式来说:
标准模型假设:
G = 常数
且
F ∝ 1 / r^2
在每个尺度上都有效。
但在分形或多尺度宇宙中:
可能是 G = G(λ)
或
D = D(λ)。
也就是说,有效维度或有效相互作用系数可能会随尺度而改变。
如果是这样:
被解释为暗物质的效应中,有一部分实际上可能源于尺度过渡。
中期结论
从尺度盲区的角度来看,暗物质分析得出以下结论:
| 问题 | 结论 |
| 是否直接观察到了暗物质? | 否 |
| 是否直接观察到了异常现象? | 是 |
| 能否用新物质来解释异常现象? | 是 |
| 能否用依赖尺度的动力学来解释? | 原则上可以 |
| 这是进行尺度盲区测试的合适领域吗? | 非常合适 |
| 尺度盲区风险 | 非常高 |
在我们迄今为止进行的三个分析(相对论、量子场论、暗物质)中,我认为尺度盲区假设最有力的候选领域是暗物质问题。因为在这里,观察到的效应与解释之间首次出现了直接的“尺度跳跃”。
