4、暗物质天体物理学：马赫原理指明方向

暗物质天体物理学：马赫原理指明方向

1. 引言

一些观测结果表明，我们对宇宙的理解可能并不像通常认为的那样全面。这些结果涉及螺旋星系的宇宙红移性质和动力学性质，给现代宇宙学带来了潜在的致命危机。问题的根源可能在于现代引力理论未能充分纳入马赫原理，下面将详细探讨相关背景和现象。

2. 背景知识

2.1 螺旋星系结构

螺旋星系主要由中央球形凸起、旋转的恒星和气体盘以及弥漫的球形晕组成，传统观点认为晕中存在大量暗物质。星系旋转时，边缘的光线会产生多普勒频移，其旋转曲线描述了星系盘上的旋转速度分布。此外，星系还有相对局部环境的特殊运动，以及与距离相关的宇宙红移。

2.2 天体距离测量方法

• 哈勃定律 ：通过公式 (cz = Hd) 关联物体的距离 (d) 和红移 (z)，其中 (c) 是光速，(H) 是哈勃常数，通常约为 (75 km s^{-1} Mpc^{-1})。
• 塔利 - 费舍尔关系 ：建立了螺旋星系的绝对光度和最大旋转速度之间的直接关系。通过观测估计最大旋转速度，结合视亮度，利用平方反比定律估算距离。

2.3 星系红移测量

测量星系红移时，先获取包含三种红移成分的多普勒频谱，然后通过平均过程减去星系自身旋转产生的红移成分，得到包含宇宙红移和特殊运动红移的测量结果。但该过程精度有限，通常难以达到 (10 km/s) 以上的精度。

2.4 星系旋转曲线测量

旋转曲线的计算分两步：一是从直接测量的多普勒