挑戰愛因斯坦的“暗引力”(圖)

2017-04-07 | 來源: 微信公眾號 | 轉到微信 | 有0人參與評論 | 字體: 放大縮小 | 收藏 | 打印

　　理論物理學界就像職業拳擊賽一樣，每位參賽選手都想挑戰冠軍。

　　拳擊台的一個角落裡坐著的是一位有著亂糟糟白發的老頭，他就是我們的冠軍愛因斯坦。他在1915年提出的廣義相對論，一直是描述引力的最好的理論。從提出到現在，始終未被打敗。他的理論可以很漂亮地描述在大尺度下的宇宙運作的情況，不過有一個特別前提——宇宙中得存在一種看不見的物質——暗物質。

　　而在拳擊台的另一角落裡，則是我們最新的挑戰者——荷蘭物理學家埃裡克·韋爾蘭德。他提出了另一種描述引力的理論，並聲稱暗物質不存在。

　　那麼，韋爾蘭德能挑戰成功嗎？還是愛因斯坦繼續創造不敗的神話？

　　

　　為什麼要有暗物質？

　　為了理解這個問題，我們先說說暗物質。

　　廣義相對論認為，質量會彎曲時空，還會使光的路線發生彎曲。此時，彎曲的時空就像一種透鏡一樣。更多的質量意味著時空彎曲得更嚴重，所以測量一個空間裡有多少質量的方法，就是去測量經過那裡的光線的彎曲程度。

　　雖然這個方法彎曲適用於單獨的天體，例如我們的太陽。但是在更大的尺度下，比如去測量整個星系的質量時，這個方法就不適用了。

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　　問題是，當你把星系中所有的可見物質——恒星、氣體和塵埃等都考慮進去時，會發現這些物質的質量似乎比廣義相對論預計的少了很多。也就是說，你會檢測到更為嚴重的光線彎曲。

　　於是，為了得到正確的答案，科學家引入了暗物質這個概念。一旦把暗物質計算在內，廣義相對論就能繼續准確地描述我們的宇宙。

　　另外，在計算星系旋轉的速度或星系的運動軌跡時，相同的問題也會出現。一旦假設存在暗物質，那麼問題就消失了。所以，許多科學家都相信，暗物質是存在的。

　　不是暗物質，而是暗引力

　　但是，韋爾蘭德的理論卻不需要暗物質。他認為，引力其實是一種統計量，是許許多多神秘的微觀作用力的集體表現，就像溫度一樣。溫度就是一種統計量，是大量分子無規則運動的集體表現。

　　起初，他的理論公式基本上就是從牛頓和愛因斯坦那裡復制過來的。所以，許多人認為他所提出的應該被視為對引力的一種新的解釋，而不是一個新的理論。

　　但是在2016年11月，韋爾蘭德做了一個更大膽的推測。在他的論文中，他用他自己的理論描述了如何產生一個額外的作用力，來使得引力在更遠的距離上有著更多的強度。他認為，這可能解釋為何我們可以檢測到更為嚴重的光線彎曲，以及星系為何旋轉過快等問題，而不需要用暗物質理論來解釋。於是，他把這種額外的作用力稱為“暗引力”。

　　