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)理論和廣義相對論都無法解釋這一現(xiàn)象。

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

我認(rèn)為我們現(xiàn)在正在進(jìn)入一個極其激動人心的時期。

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

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 g_N=GM / r?。

而做圓周運(yùn)動的天體的加速度 a 為 v?/r。

但當(dāng)引力加速度 g_N?10^-9m/s? 時，兩式的結(jié)果出現(xiàn)了明顯偏差。

當(dāng) g_N≈10^?8.91 和 10^?10.15m/s? 時，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/s? 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拢瑢⒌贸鲆粋€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)體系是廣義相對論的一個極限，如果被打破，意味著廣義相對論同樣需要修改。

對于這一異常現(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，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 引入了一個臨界加速度 a₀，在加速度遠(yuǎn)小于 a₀ 時適用其他規(guī)律。同時，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。

對于蓋亞望遠(yuǎn)鏡的發(fā)型，這個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兒……

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