上个月初的时候,我们提到弦理论物理学家Erik Verlinde提出了一个新的引力理论,称为Emergent Gravity。他认为引力并不是自然界中的基本力(已知的四种基本力为:电磁力、强核力、弱核力和引力),而是一种突发的现象,这就好比是温度是由微观粒子的运动引起的突发现象。
我们知道目前最好的引力理论是爱因斯坦的广义相对论,在过去的100年中,广义相对论通过了所有最精密的检验。假设广义相对论在大尺度也是正确的,我们就会发现,星系的自转速度太快了,可见物质(包括行星和恒星)所施加的引力无法束缚住整个星系。因此我们有理由推测有一些看不见的暗物质提供了额外的引力来源,否则星系早就会分崩离析。
而在Verlinde的新引力理论中,则完全不需要暗物质就可以解释星系的转动。Verlinde的理论在2010年就提出来了,但是在上个月他继续补充了自己的理论,提出了“暗引力”。随着距离越来越大,暗引力衰减的速度要比牛顿和爱因斯坦的引力模型更慢,因此能够提供额外的引力。
但是我们知道,一个理论要成为科学理论就必须经得起检验。为了检验Verlinde的理论,荷兰莱顿天文台的天文学家Margot Brouwer领导的一个团队对33613个星系中的质量分布进行了测量。测量结果表明Verlinde的引力理论和观测相吻合,也就是说在新的引力理论中,可见物质的质量提供了足够的引力,而不需要暗物质的存在。
Margot Brouwer的团队是利用一种叫“引力透镜”的方法来测量星系中的物质分布。
根据广义相对论,质量会弯曲它周围的空间,当光线经过时就会被弯曲,就好像是通过透镜一样。引力透镜包括三个部分:
背景星系(源):也就是光线的来源,通常来自非常遥远的类星体、星系、星系团或恒星,基本只要是发光物体就可以;
前景星系(透镜):介于源和观测者之间的物体,将来自源的光线弯曲,弯曲程度取决于透镜的质量和分布。
地球(观测者):观测到的背景星系位置跟实际的不同,因为光线经过透镜时被偏折了。
通过测量引力透镜的效应我们就可以知道前景星系的引力分布。利用统计算法——考虑了背景星系的形状和颜色——Brouwer对33613个前景星系进行了分析,其结果跟Verlinde的引力模型和暗物质模型都吻合。
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