今天很好玩,逛旧书店被某电台采访,依然需要无奈的解释我不在caltech,然后花不到3
0刀抢到了一套品相很好的Feynman Lectures,还附赠一本QED。。。。
关于暗物质的辩论,在网上看到一个blog有全程的文字直播,边看边翻译吧。希望有在场
的同学能够补充,对MOND和模拟有更好了解的同学,非常欢迎点评和指出我翻译的错误
辩论在下午3点15分开始,首先是Simon White上台做25分钟的报告。(文字直播比较零散
,大家见谅)
首先是关于暗物质的最初定义:A first definition: dark matter is the dominant
material consituent by mass of all objects larger than individual galaxies. It
has so far been inferred only from its gravitational effects.
Simon自己也同意暗物质的存在是一种观点(view),这种观点中最主要的假设就是,存在
一种全新的基本粒子作为暗物质的组成。然后是关于暗物质的简短历史,一直追溯到了19
33年Zwicky的工作,还提到了中子和中微子的例子,中子在1930年被提出,1932年被确认
,中微子在1930年被提出,1956年被确认,暗物质粒子同样是在1930年由Zwicky首次提出
,同样,我们也可以指望也许在2010年以后,像WIMP这样的粒子被发现。然后,Simon讲到
了由引力做出的天文学发现,从海王星到银心的超大质量黑洞,以及系外行星的引力效应
探测,还展示了Zwicky时代的Coma星系团图像和M33的旋转曲线,到这里,全部都是基本常
识,不过后边直接就跳到了WMAP探测的CMB,CMB功率谱,这也是介绍DM的经典方式了(在
这里,现场的人说:after being initially a bit shaky he’s now cool and
professional…). Simon展示了不同暗物质组成下的CMB功率谱预测,展示了其中的巨大
的差别,其中包括了Komatsu 2010年的WMAP文章,结论是22.8 +/- 2.3 %的DM。又展示了
中微子的质量上限:0.58 eV,但这也是在标准模型的的假设之下,WMAP的paper指出早期
宇宙不可能由中微子来主导,必须是一种完全不同的东西。
之后,Simon把Aquarius的模拟动画又展示了一遍,这段关于结构形成的梦幻动画在辩论开
始前已经放了一遍。( Aquarius联盟的模拟项目:http://www.mpa-garching.mpg.de/
aquarius/ )
接下来,Simon展示了McDonald 2005年的工作,其中包括了QSO的功率谱. McDonald 的文
章应该是这个:http://adsabs.harvard.edu/abs/2005ApJ…635..761M 不过文章是关于
SDSS中Lya Forrest的,结论是暗物质比例在30%左右。 (插入:Pavel听得很仔细)。
又介绍了Erdogdu 2006年关于从2MASS红移巡天中重建Local Group的密度和速度场的工作
,这和Pavel Kroupa的质疑CDM的工作息息相关,不过Simon在这里,并没有直接攻击
Pavel的工作(或者是直接无视了,网上甚至有来自ESO的人说Simon可能还没看过那篇文章
。。。纯搞笑),只是说明银河系的运动与大尺度星系分布的联系和预期的一样。下面
Simon展示了Springel 2006年的工作,星系在DM晕中的成长的模拟和观测的对比,以及其
他的一些观测结果,包括,Pointescouteau 2005年关于星系团中热气体温度和分布的测量
(http://adsabs.harvard.edu/abs/2005A%26A…435….1P),以及Hilbert&White 201
0关于lensing的工作(http://adsabs.harvard.edu/abs/2010MNRAS.404..486H ),文章
比较了模拟预测的暗物质晕的密度profile和观测的对比,结果当然是符合的很好啦。后面
提到了Bullet Cluster:
http://www.scilogs.eu/en/blog/the-dark-matter-crisis/2010-07-30/but-the-bullet
-cluster-…-proof-of-cold-or-warm-dark-matter-in-galaxy-clusters-is-but-a-
myth
这个经常被CDM爱好者拿来展示的著名星系团现在却成了MOND反击的跳板,也许谈不上反击
吧,反正就是说MOND也能够解释Bullet Cluster的质量分布等等。。。
blog上提到了Simon介绍了一篇Guo 2009的文章,不过我不太清楚到底是哪一篇,大概是这
个:http://adsabs.harvard.edu/abs/2009MNRAS.398.1129G。到这里,Simon已经有些超
时了,所以开始跳过一些内容,不过还是介绍了一下关于矮星系的工作,包括矮星系质量
与光度不太相关的结论,然后结束了他的报告。基本上,Simon只是提出了一些比较温和的
statement,并没有特别针对别人。(这里网上有人指出,其实Pavel自己并不是MOND的专
家,他主要知名的领域是恒星动力学和IMF,UK的某些做MOND的组甚至都没有听说过他)
似乎有人问到了,WMAP数据分析错误的问题,Simon说没有发表的工作指出这些错误,在场
的Tom Shanks说这是不对滴。。。不知道李院士听到这个会作何感想。后面有人问起中微
子质量上限的问题,似乎WMAP数据本身不能完全限制这个问题。。。。
后面轮到了Pavel Kroupa,他报告的题目是: LCDM is ruled out (众人大笑)
而且Pavel的报告从500年前的地心说开始,言下之意就是地心说当年也可以很好的拟合不
少的观测(在当年的观测精度下),真的是非常的大胆。而且Pavel马上指出,所谓的“标
准模型”只有在引入了暴涨,暗能量之后才可以很好的拟合数据,而这两个不确定因素很
大的成分实际上让标准模型的准确性变得:ridicules,暴涨暂时在观测上仍属于未知领域
,而且DM假设的最大问题在于你永远无法对其证伪,因为总可以再找到一种在探测极限以
下的粒子。。。。(He‘s Cool!)。
Pavel随后回到了银河系旋转曲线的经典问题,包括了Bosma 1981年建议考虑DM的那篇文章
,不过还是认为MOND或者是MOG可以更好的解释旋转曲线,其中MOND最好,因为MOND可以解
释观测的旋转曲线中的“wiggles”
(关于MOND和MOG,可以看看下面几个东西:http://www.scilogs.eu/en/blog/the-dark-
matter-crisis/2010-09-01/the-fritz-zwicky-paradoxon-the-fourth-failure-of-
newton-mond-mog-etc
http://en.wikipedia.org/wiki/Modified_Newtonian_dynamics
http://arxiv.org/abs/1005.2685)
Kroupa后面展示了Combes和Tiret的工作:
http://adsabs.harvard.edu/abs/2010AIPC.1240..319C
http://adsabs.harvard.edu/abs/2010AIPC.1241..154C
基本就是说基于现在的观测和模型的自由度,没有办法很好的把两个模型辨别开,两种模
型,CDM和MOND都可以被精心裁剪成能拟合观测的模样。接下来是Angus关于引入11ev质量
的Sterile neutrino(就是前不久传言有存在证据的那个粒子吧)后MOND也能给出CMB功率
谱拟合的工作:
http://adsabs.harvard.edu/abs/2009MNRAS.394..527A
http://adsabs.harvard.edu/abs/2010MNRAS.402..395A
这里面其实有个比较tricky的地方,就是Pavel反对的其实并不是暗物质,这些中微子本身
就属于暗物质,但是属于热暗物质,不被标准模型接收的那种。
到这里,我昨天的前两个问题已经有了答案,MOND确实可以想办法拟合CMB功率谱
后面很好玩,Pavel从“社会学”角度抨击了LCDMer,说他们阻止年轻的学生接触和研究M
OND,并引用了某人的原话:”But everyone knows that MOND is CRAP!!“,也就是说
,标准模型才是”党的路线方针“,才是研究资金的主要流向。
( 这里网上有人说:MOND is crap ! but TeVes is too hard..看来MOND和MOG组织内部也
是有分歧的,这里的TeVes是Tenser-Vector-Scalar Gravity的意思:
http://en.wikipedia.org/wiki/Tensor%E2%80%93vector%E2%80%93scalar_gravity
又是我完全不懂的东西。。。)
(网友说,Simon看得很仔细,但是脸上没有表情。。。)
然后Pavel展示了Merger Tree,进而转向了矮星系的问题,Pavel提出矮星系应该有两种,
DM主导的和Tidal Dwarf(重子物质主导),但是我们只观测到一种。。(这里面直播的人
也比较困惑,我觉得可能是听的有问题,这个说法很奇怪,我猜Pavel的意思是CDM指出应
该有很多完全暗物质主导的矮星系,但是我们没有观测到这些)。这里面提到了Wadepuhl
& Springel 2010年的模拟中矮椭球星系的形成模拟并不能很好的和观测符合。( http:/
/adsabs.harvard.edu/doi/10.1111/j.1365-2966.2010.17576.x 不过文章本身认为解决
这个问题的关键在于引入非标准的物理过程)
Pavel这里说了一句很好玩的话:“Reality does not care about the DM in Satellite
Galaxies “, 观测证据就是在Fornax团中观测到离星系140kpc处的卫星星系被潮汐力瓦解
,Pavel认为这意味着dSph矮星系并没有受到理应存在的DM Halos的“保护” (不过我个
人觉得这个不算是很好的证据,小质量的矮星系并不一定有自己的暗物质晕,而且现在位
于140kpc,并不意味着扭曲本身就是从这么远的地方)
Pavel展示了Via Lactea项目的模拟截图,银河系的Halo中有百万个小的subhalos,这显然
是不真实的:http://www.ucolick.org/~diemand/vl/images.html
另一个重要的问题就是卫星星系中的盘,这部分网上的介绍比较混乱,还是等视频吧,大
致上就是说Local Group中的卫星星系,无论是经典的,明亮的还是极端faint的都可以形
成盘,Pavel显然认为这意味着不能用完全不同的起源来解释他们,另外,如果你仔细查看
LCDM模拟的话,Local group的构型是极端不可能的,除非你认可我们生活在宇宙中一个极
端特殊的bubble中。
接下来,Pavel引入了老生常谈的盘星系,尤其是无核球星系的问题,真实的盘星系在CDM
的模拟中一直是个很大的问题。
Pavel回到了矮星系的问题上,这次谈的是Tidal Dwarf Galaxies,这些星系来自星系并合
,是新形成的小星系,应该是完全的重子物质主导的,但是Pavel自己1997年的工作就发现
很多tidal drawf也有很高的质光比,这里面如果直接引入tidal dwarf也含有很多的暗物
质显然就不合适了,所以Pavel认为,还是牛顿引力在这个尺度上已经出现了问题,需要修
正。
(到这里,Pavel介绍的内容的深度和针对性已经远远超过了Simon。。。。)
Pavel:LCDM theory is beautiful but just doesn‘t work。。。
这里Pavel展示了一张很酷的slide,上面用表格的形式总结了LCDM和Alternative
Gravity,其中LCDM全部都是红叉叉,Alternative Gravity全部都是对勾。。。
而且Pavel提出如果LCDM连Local的问题都没有很好的解决,就不要提大尺度的问题了,但
是Pavel也承认,他的意思并不是说“we should stop all work on CDM…” 到这里,
Pavel结束了他的报告,并感谢了几位宇宙学家同事
后面有人提出关于MOND Code的问题,似乎所有的数值计算都是在牛顿动力学下完成的,因
为目前还没有很好的MOND code。。。
还有人问Bullet Cluster的问题,Pavel回答说,只要引入了中微子就可以用MOND解释,但
更重要的是,Bullet Cluster和CDM不完全符合。这个不符合是指两个碰撞星系团的速度太
高了,在CDM模拟中找不到这样的例子,而在MOND中,这样的高速很常见
参考:http://arxiv.org/abs/1003.0939
网上有人问为什么么有很好的MOND的模拟,回答:没有钱
到这里问题阶段结束,进入辩论阶段,先是5分钟的互相评论,主持人做到了两位大牛中间
,just in case
Simon:两种理论其实都需要一种未知粒子(似乎MOND需要两种,一种标量粒子,一种矢量
粒子);回到功率谱的问题上,blah blah,没听懂;Pavel光是在攻击CDM,并没有特别的
支持MOND和MOG
Pavel:坚持称因为local group的问题,CDM可以被rule out,不过参考 Ferreira &
Starkman 2009 Science的文章:“there has to be some new field in addition to M
OND to explain the structure which we see today”: http://www.sciencemag.org/
content/326/5954/812.abstract。虽然CDM很美,但是太美了反而是错的,不管
alternative是什么,都会稍微丑一些,MOND已经取得了一些成功,MOG可能会更成功,但
是都有基本的理论问题要解决,最终会有某个模型被从理论的角度被证伪
Simon: 我同意Pavel展示的某些问题是确实存在的,但是星系是很复杂滴。。。观测的不
符合可能是由于缺少某些重要的理解,但并不意味着暂时不能处理复杂的问题就要把标准
模型抛弃
Pavel:MOND和“Standard” LCDM其实一样,都不是标准物理,MOND在星系尺度上更成功
,但是在大尺度上确实稍微的不保险一些
Simon:(看上去非常的怀疑)为什么你不能展示MOND和MOG解决这些问题的能力
Pavel:MOND的问题是想发展处非常好的数值代码来太难,尤其是在没有funding的条件下
。而且这次辩论不是关于MOND的,如果是的话,就不会请我了
Simon:我认为研究这些不同的模型是重要的,但是不应该把他们放在和标准模型同等的重
要性上
Pavel:many many problems with CDM。。
Simon:Smiling (网友说,看不请是在哭还是在笑)
(关于Funding的问题,网上有人说,其实靠不住,有很多人拿着钱在做MOND或者是f(R)的
工作,code方面,比如这个http://arxiv.org/abs/0807.2449,而且马上两个billion
dollar项目Euclid和WFIRT都是为了检验标准模型的正确性的)
后面两个人都针对具体的问题引经据典展开讨论,包括矮星系问题,Pavel提出了Peebles
和Nusser的结果,而Simon对此持否定态度
http://adsabs.harvard.edu/abs/2010Natur.465..565P
Simon还指出Fornax团中矮星系的那个粒子其实是符合宝瓶项目的模拟的,参看Strigari
2010
http://adsabs.harvard.edu/abs/2010MNRAS.408.2364S
后面主持人简单的总结了一下,大意就是确实需要改进很多东西,但是暗物质并没有死掉
,因为MOND其实也需要暗物质。。
(网友说Simon笑着向Pavel挤眉弄眼)
后面有一些是观众提问,比较混乱,就不翻译了。。。。