物理學的大廈，要迎來新的烏云了？

 

歐洲航天局蓋亞望遠鏡的一組觀測數據，讓牛頓和愛因斯坦的力學理論受到了天文學者的挑戰。

發現者稱，如果結論成立，將在整個物理學界產生巨大影響。

這一發現是韓國世宗大學Kyu-Hyun Chae教授提出的。

目前，Chae教授的論文已在The Astrophysical Journal上發表。

通過分析蓋亞望遠鏡數據，他發現了雙星系統之間存在引力異常。

Chae教授表示，現有的經典力學理論和廣義相對論都無法解釋這一現象。

對于這一發現的意義，Chae對科技媒體Motherboard這樣說：

我認為我們現在正在進入一個極其激動人心的時期。

麥克斯韋電磁理論的「紫外災難」一個多世紀前被發現，它最終引發了量子物理(的提出)。

我們現在正在經歷一場低加速度的「重力災難」。我不知道它將引領世界走向何方，但我感到很興奮。

對此，網友們雖然抱有一定懷疑態度，但也表示如果Chae教授的結果正確，將成為一件大事。

那么，Chae教授究竟發現了雙星系統中什么樣的異常呢？

廣義相對論受到挑戰

Chae教授研究了蓋亞DR3數據集中的2萬6千多組雙星系統的有關數據。

他發現，在弱引力加速度條件下，星體的運動與牛頓-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gN=GM/r²。

（G為萬有引力常數，M為中心天體質量）

而做圓周運動的天體的加速度a(該環境下與gN相等)為v²/r。

但當引力加速度gN≲10-9m/s²時，兩式的結果出現了明顯偏差。

當gN≈10−8.91和10−10.15m/s²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/s²處，實測值與理論值的比例達到了1.43。

過去，人們常常用暗物質來解釋觀測數據的異常。

但Chae教授認為這種解釋方式不能適用于雙星系統——暗物質對系統內部的引力沒有影響。

因此，暗物質是否存在也受到了質疑，Chae教授這樣說：

現有信息不能排除存在其他未知粒子干擾的可能，但數量絕不像暗物質那么多。

如果這些發現被證實，且不是因為其他介入因素所致，將得出一個驚人的結論：

牛頓的經典力學體系在低速條件下同樣不能適用。

而牛頓的經典力學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。

對于這一異常現象，Chae教授引用了一種修正模型進行解釋。

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) ，即在牛頓力學體系的基礎上進行了一些修改。

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，在加速度遠小于a0時適用其他規律。

同時，AQUAL預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。

對于蓋亞望遠鏡的發型，這個模型的確能比較好地解釋。

不過也有網友表示，AUQAL這種MOND模型同樣存在問題。

對此，Chae教授也告訴Motherboard，還要繼續進行觀察和理論工作，而且本文是基于特殊情況進行的討論，在這種情況之外，牛頓經典力學和愛因斯坦的廣義相對論依舊是重要的基礎理論。

總之，現象背后的本質仍有待進一步發掘，各位讀者朋友們不妨讓子彈再飛一會兒……

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