BALI@ 2023.08.25 , 07:05

牛顿和爱因斯坦在几百年前提出了引力的理论，但是爱因斯坦对牛顿的理论进行了改进和扩展，创立了相对论——解释了物体如何扭曲周围空间的方式，特别是在宇宙中的极端情况下。

但是宇宙中仍然存在一些谜团，即使经过了多次验证的引力理论也无法解释。这种被称为修正牛顿动力学(MOND)的引力理论，在最大和最小的尺度上，引力的作用方式与牛顿或爱因斯坦的理论不同。

MOND经常受到极大的怀疑，因为牛顿和爱因斯坦的引力理论取得了巨大的成功。但最近在《天体物理学杂志》上发表的一项研究声称通过详细观察双星相互运动的方式提供了修正引力的证据。

“新的研究结果直接证明了牛顿的理论在某些尺度上根本不适用”，韩国徐州大学的天文学家Kyu-Hyun Chae解释道，他是这项声称有MOND证据的新论文的作者。Chae使用了欧洲盖亚卫星的数据，该卫星在过去十年中以前所未有的精度测量了恒星的位置和运动。他特别关注那些轨道较宽、相距较远的双星，以测量它们的加速度，而MOND和传统理论对加速度的预测值是不同的。

这些相距较远的恒星移动得相当缓慢，可以进行在加速度极小的情况下进行引力测试。正是在这些小加速度的情况下，两种引力理论出现了分歧，修正引力理论预测恒星的运动速度将比“正常”引力下快30到40％，这正是Chae在数据中观察到的。根据Chae的说法，在双星的小尺度上，暗物质实际上无法产生影响，因此无法解释与传统引力理论预测的差异。

墨西哥国立自治大学的天文学家Xavier Hernandez最早提出了使用宽双星系统来测试引力的想法，但他并未参与这项新研究，他对这些新结果表示信心，尤其是因为它们与他过去的工作相辅相成。“两种基本上独立且互补的方法都得出了相同的结果，”他说，并强调这是科学过程的一个明确例子。

对于Chae观察到的现象，最好的解释是修正引力理论的一种特定形式，称为AQUAL MOND。但仅仅因为引力可能与某个理论不完全匹配，并不意味着我们需要抛弃我们已经拥有的一切。“修正引力有很多版本，因为它可以超越爱因斯坦的广义相对论理论，”东京大学Kavli研究所的物理学家Sergei Ketov在一份新闻稿中表示，“修正引力并不排除爱因斯坦的理论，而是显示了它的边界。”

然而，并非所有科学界的人都相信这实际上是MOND的“确凿证据”。科学传播者Ethan Siegel在他的专栏《Starts with a Bang》中写道：“简单来说，这个结果是好科学、糟糕科学和科学新闻糟糕状态的结合。”Siegel和其他科学家对Chae研究中使用的观测数据的可靠性表示担忧，甚至发表了相互矛盾的研究，并对新闻文章给人以修正引力取得决定性胜利的印象感到不满。根据科学家在分析中包含的恒星的不同，结果也会有所不同，而这些科学家目前对于应该做出哪些正确假设存在分歧。

“如果有人真的持怀疑态度，TA应该试图反驳我的结果，”Chae反驳道。然而，他对一些怀疑的动机表示理解。与这项研究相矛盾的分析，他补充说，没有包含一个重要的自校准步骤。目前的修正引力理论“就像没有发展量子物理学的玻尔模型一样。但是，我们需要记住，量子物理学最终得到了发展，”他补充道。(玻尔模型是关于原子的经典小学科学观点)

只有时间和许多其他测试才能确定哪种理论会成为赢家，以及暗物质是粒子还是引力的调整。Hernandez说:“我们面前有这些互相环绕的双星,并没有按牛顿所说的那样运动。不再考虑改进引力不再是选项。”

本文译自 Popular Science，由BALI编辑发布。