物理學(xué)的大廈，要迎來新的烏云了？

 

歐洲航天局蓋亞望遠(yuǎn)鏡的一組觀測數(shù)據(jù)，讓牛頓和愛因斯坦的力學(xué)理論受到了天文學(xué)者的挑戰(zhàn)。

發(fā)現(xiàn)者稱，如果結(jié)論成立，將在整個(gè)物理學(xué)界產(chǎn)生巨大影響。

這一發(fā)現(xiàn)是韓國世宗大學(xué)Kyu-Hyun Chae教授提出的。

目前，Chae教授的論文已在The Astrophysical Journal上發(fā)表。

通過分析蓋亞望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)，他發(fā)現(xiàn)了雙星系統(tǒng)之間存在引力異常。

Chae教授表示，現(xiàn)有的經(jīng)典力學(xué)理論和廣義相對(duì)論都無法解釋這一現(xiàn)象。

對(duì)于這一發(fā)現(xiàn)的意義，Chae對(duì)科技媒體Motherboard這樣說：

我認(rèn)為我們現(xiàn)在正在進(jìn)入一個(gè)極其激動(dòng)人心的時(shí)期。

麥克斯韋電磁理論的「紫外災(zāi)難」一個(gè)多世紀(jì)前被發(fā)現(xiàn)，它最終引發(fā)了量子物理(的提出)。

我們現(xiàn)在正在經(jīng)歷一場低加速度的「重力災(zāi)難」。我不知道它將引領(lǐng)世界走向何方，但我感到很興奮。

對(duì)此，網(wǎng)友們雖然抱有一定懷疑態(tài)度，但也表示如果Chae教授的結(jié)果正確，將成為一件大事。

那么，Chae教授究竟發(fā)現(xiàn)了雙星系統(tǒng)中什么樣的異常呢？

廣義相對(duì)論受到挑戰(zhàn)

Chae教授研究了蓋亞DR3數(shù)據(jù)集中的2萬6千多組雙星系統(tǒng)的有關(guān)數(shù)據(jù)。

他發(fā)現(xiàn)，在弱引力加速度條件下，星體的運(yùn)動(dòng)與牛頓-愛因斯坦理論模型有明顯偏差。

Chae教授將觀測到的天體運(yùn)動(dòng)二維投影中的線速度和半徑通過蒙特卡羅方法反投影到三維空間，得到三維線速度v和半徑r。

按照牛頓的引力模型，引力加速度gN=GM/r²。

（G為萬有引力常數(shù)，M為中心天體質(zhì)量）

而做圓周運(yùn)動(dòng)的天體的加速度a(該環(huán)境下與gN相等)為v²/r。

但當(dāng)引力加速度gN≲10-9m/s²時(shí)，兩式的結(jié)果出現(xiàn)了明顯偏差。

當(dāng)gN≈10−8.91和10−10.15m/s²時(shí)，觀測值與理論值的偏差分別為0.034±0.007和0.109±0.013 。

在10−10.15m/s²處，實(shí)測值與理論值的比例達(dá)到了1.43。

過去，人們常常用暗物質(zhì)來解釋觀測數(shù)據(jù)的異常。

但Chae教授認(rèn)為這種解釋方式不能適用于雙星系統(tǒng)——暗物質(zhì)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的引力沒有影響。

因此，暗物質(zhì)是否存在也受到了質(zhì)疑，Chae教授這樣說：

現(xiàn)有信息不能排除存在其他未知粒子干擾的可能，但數(shù)量絕不像暗物質(zhì)那么多。

如果這些發(fā)現(xiàn)被證實(shí)，且不是因?yàn)槠渌槿胍蛩厮?，將得出一個(gè)驚人的結(jié)論：

牛頓的經(jīng)典力學(xué)體系在低速條件下同樣不能適用。

而牛頓的經(jīng)典力學(xué)體系是廣義相對(duì)論的一個(gè)極限，如果被打破，意味著廣義相對(duì)論同樣需要修改。

對(duì)于這一異?，F(xiàn)象，Chae教授引用了一種修正模型進(jìn)行解釋。

如果理論有誤，該如何修正？

Chae教授所引用的AQUAL是一種MOND模型(Modified Newtonian Dynamics) ，即在牛頓力學(xué)體系的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些修改。

AQUAL是一種二次拉格朗日理論，在1984年由Bekenstein和Milgrom提出。

AQUAL引入了一個(gè)臨界加速度a0，在加速度遠(yuǎn)小于a0時(shí)適用其他規(guī)律。

同時(shí)，AQUAL預(yù)測圍繞中心引力的軌道速度不再遵循牛頓的平方反比定律。

對(duì)于蓋亞望遠(yuǎn)鏡的發(fā)型，這個(gè)模型的確能比較好地解釋。

不過也有網(wǎng)友表示，AUQAL這種MOND模型同樣存在問題。

對(duì)此，Chae教授也告訴Motherboard，還要繼續(xù)進(jìn)行觀察和理論工作，而且本文是基于特殊情況進(jìn)行的討論，在這種情況之外，牛頓經(jīng)典力學(xué)和愛因斯坦的廣義相對(duì)論依舊是重要的基礎(chǔ)理論。

總之，現(xiàn)象背后的本質(zhì)仍有待進(jìn)一步發(fā)掘，各位讀者朋友們不妨讓子彈再飛一會(huì)兒……

論文地址：

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ace101

參考鏈接：

[1]https://thenextweb.com/news/einstein-newton-gravity-gaia-telescope-space

[2]https://www.vice.com/en/article/ak3jwb/unbelievable-astronomer-claims-direct-evidence-of-gravity-breaking-down

3]https://news.ycombinator.com/item?id=37073494