廣義相對論的替代版成功解釋了宇宙中星系的形成

在計算機模擬中，星系中緻密的氣體呈現為明亮的點。與黑暗中心區域對應的是標準引力行為方式；與亮黃色區域對應的，是經過修改的引力行為方式。Christian Arnold / Baojiu Li / Durham University

引力負責解釋宏觀宇宙，廣義相對論負責解釋引力。愛因斯坦的偉大，一直以來都是無可爭辯的。但是人類的認識在不斷地前進。不可否認，沒有什麼理論，能夠完美地解釋一切。愛因斯坦的引力理論應當也不例外。最明顯的一點是，要想通過愛因斯坦的引力理論來解釋我們實際觀測到的宇宙，必須引入「暗物質」的概念。否則，宇宙就無法自恰。沒有了「暗物質」，我們在宇宙中看到的一切理應都不存在，或不應該是現在這個樣子。但是愛因斯坦的理論實在是太堅不可摧了。到目前為止，「暗物質」仍然是最合理的假設。因此，許多科學家都在探索「暗物質」的真相。理性告訴我們，這才是最正確的方向。

不過也有許多科學家相信，解釋現實宇宙與理論宇宙之間的差異，可以通過修改愛因斯坦的引力理論實現。他們推出了許多愛因斯坦引力理論的替代版，試圖拋開「暗物質」來解釋現實宇宙。其中有一個理論名叫「變色龍理論」（Chameleon Theory，f(R)-gravity），它假設引力的表現方式取決於周邊環境。最近一些來自英國達勒姆大學的物理學家，藉助計算機對「變色龍理論」進行了模擬，結果發現，這個引力理論的替代版，同樣能夠解釋宇宙中星系的形成。

相關科學家表示，針對諸多引力理論的替代版，許多科學家做過計算機模擬。但之前的模擬大多沒有把普通物質考慮進去，只假設宇宙中存在暗物質。而此次模擬則不然。

宇宙學中的另一個謎是宇宙為何會膨脹。為了解釋這個現象，許多理論模型都假設宇宙中存在一種未知的力——「暗能量」。但是這個「暗能量」和「暗物質」一樣，無法被觀測，也無法被證實。流行的假說認為，在宇宙的質能總和中，有68%是「暗能量」，27%是「暗物質」。剩下的可見物質，包括我們自己在內，只有5%左右。而「變色龍理論」對「暗能量」也作了廣泛的考慮。

在此次研究中，科學家還探索了引力理論的替代版對超大質量黑洞的影響。超大質量黑洞會吸取恆星的原材料氣體，並把部分物質和熱能釋放出來。對於星系核心的形成而言，這種能量的釋放，是非常重要的。它在星系的形成過程中扮演了一個非常重要的角色。通過模擬科學家發現，儘管引力理論替代版減少了黑洞釋放的熱量，星系依然可以像現實宇宙中那樣逐漸形成。

相關研究人員表示，雖然這樣的研究並不能動搖廣義相對論的有效性，但是它為未來的研究指出了另一種可能。

參考：

Realistic simulations of galaxy formation in f(R) modified gravity

https://www.nature.com/articles/s41550-019-0823-y

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