愛因斯坦錯了？有望改寫物理學的新理論通過首次測試

愛因斯坦關於引力的理論並不能解釋宇宙中的一切現象，因此為了解釋一些現象，科學家們假設出看不見的“暗物質”的存在。儘管他們一直在尋找“暗物質”，但從未找到。最近，一個新的理論認為暗物質並不存在，如果它最終將被證實，原有的愛因斯坦關於引力的理論將被推翻。目前這一新理論已經完成了第一次測試，並得到了測試結果的支持。

我們已經接受了一百餘年的引力理論很可能是錯的，最近一項對象涵蓋了超過3萬個星系的獨立研究發現了推翻原有理論的證據。

不久前，來自荷蘭阿姆斯特丹大學的埃裏克·韋爾蘭德（Erik Verlinde）教授發表文章解釋他的“引力學假説”，這篇文章試圖破解暗物質的奧秘。

在對恆星和星系的研究中，天文學家發現引力的作用力比預想的要強。星系的外部區域圍繞中心旋轉的實際速度，遠遠高於根據星系、行星和星際氣體等普通物質的數量計算出的速度。傳統理論中，科學家們為了解釋這種矛盾，會假設一種看不見的“暗物質”的存在。儘管人們盡了許多努力來檢測暗物質粒子，但這種粒子從未被觀察到。天文學家目前只能觀察其對我們可以看到的物質產生的一些引力效應，以此來推斷暗物質的存在。

韋爾蘭德教授説我們應該重新認識引力，從方程中將暗物質完全剔除。他的理論認為與其説引力是自然界的基本力，不如説是一種“突發現象（emergent phenomenon）”。韋爾蘭德教授的理論在2010年就作為論文發表，但直到最近才得到實驗的機會。荷蘭萊頓大學的研究小組在萊頓天文台的天文學家馬戈特·布勞爾（Margot Brouwer）帶領下，密切觀察了超過3萬個星系中物質的分佈，驗證了韋爾蘭德教授的理論，他們發現利用韋爾蘭德的假説可以解釋物質的分佈，而不需要所謂的暗物質。

在研究過程中，研究人員利用了“引力透鏡效應”，即離地球較近的星系會使較遠星系發出的光產生扭曲，這是公認的計算星系質量的方法。

星系的引力使空間發生扭曲，因而在空間中傳播的光也同樣發生扭曲。天文學家通過這種光線的扭曲計算星系周圍引力的分佈，這種計算的範圍甚至可以達到星系本身大小一百倍以外的距離。

研究人員分別用愛因斯坦的經典相對論和韋爾蘭德教授的新假説對星系做出了預測，然後將兩種預測的結果同觀察到的現象對比。結果是兩種方式都對星系做出了正確的預測，但韋爾蘭德的理論不需要任何“自由參數”。“自由參數”是一個可以調整的值，本質上是用以確保對星系的觀測結果與初始假設一致的值。

研究人員表示若要在方程式中加入暗物質，就要用到四個“自由參數”。“在於數據的符合程度上看，暗物質模型實際上比韋爾蘭德的假説表現稍好，”主筆者、博士生馬戈特告訴《新科學家》雜誌。“但是，如果你從數學角度考慮到韋爾蘭德的預測沒有采用任何自由參數，而暗物質預測則採用了，那麼韋爾蘭德的模型實際上表現略好。

如果這項新的理論通過更多的測試，那麼它將推翻延續100多年的物理學，同時拋棄暗物質的理論。一旦其真實性得以證明，韋爾蘭德教授的假説將是一個“萬物的理論”，它將可觀察的經典物理世界與難以捉摸的量子力學世界結合起來。

“現在的問題是這項理論如何發展，以及如何進行進一步的測試，”布勞爾夫人説。