新的星系引力理論得到實證 暗物質說或將被顛覆

由荷蘭萊頓天文台天文學家Margot Brouwer領導的團隊，首次通過引力透鏡效應驗證了著名理論物理學家Erik Verlinde(阿姆斯特丹大學)的新理論，Verlinde的新理論屬於衍生引力理論(Emergent gravity)，僅僅依據可見物質的質量便可以預言星系周圍應該存在多少引力。

Brouwer和她的團隊測量了超過33,000個星系的引力分布以驗證Verlinde的理論。她的結論是，Verlinde的理論預言與測量的引力分布一致。該結果已被《Monthly Notices of the Royal Astronomical Society》接收並將不日發表。

星系的引力使空間彎曲，穿行其中的光線也隨之發生彎曲。光的彎曲允許天文學家測量星系周圍的引力分布，甚至可以測到星系之外超過星系本身一百倍的距離。

星系的引力使空間彎曲，產生類似透鏡的效應使其中的光線發生彎曲。遠處背景星系由於前景星系的引力透鏡效應，看起來會發生扭曲。這種效應可以用於測量前景星系周圍的引力分布。

然而，根據天文學家的測量，即使在距離星系半徑一百倍的距離處，引力也比愛因斯坦理論預言的更加強大。對這種現象的主流解釋是，這些額外的引力來自看不見的粒子，即所謂的暗物質。暗物質和暗能量並稱為21世紀物理學的「兩朵烏雲」。

解釋引力異常的一種替代理論是修正牛頓引力理論(Modified Newtonian Dynamics, MOND)。Verlinde的理論看起來和MOND有些類似，但MOND是依據觀測結果對理論進行調整，而Verlinde的理論基於第一性原理。Verlinde的理論不僅解釋了引力，而且還解釋了神秘的額外引力的起源，而不需要引入暗物質。Verlinde的新理論屬於衍生引力理論(Emergent gravity)，僅僅依據可見物質的質量便預言了應該存在多少引力。

Brouwer根據Verlinde理論僅僅基於星系的可見質量對33,613個星系的引力分布進行了計算。她將計算結果與通過引力透鏡測量的引力分布進行比較，以驗證Verlinde的理論。她的結論是，Verlinde的理論與觀察到的引力分布一致，但她強調暗物質也可以解釋額外的引力。然而，暗物質的質量是自由參數，必須根據觀察進行調整。但額外的引力在Verlinde的理論中是直接的預言，而不需要引入自由參數。

新的理論也存在局限，目前只適用於孤立，球形和靜態系統，而宇宙是動態和複雜的。許多觀測結果還不能通過新的理論來解釋，所以暗物質的假設仍然沒有被排除。Brouwer說：「現在的問題是，如何發展這個理論，以及如何進一步驗證這個理論。無論如何，第一次驗證的結果看起來相當有趣。」