爱因斯坦错了？有望改写物理学的新理论通过首次测试

爱因斯坦关于引力的理论并不能解释宇宙中的一切现象，因此为了解释一些现象，科学家们假设出看不见的“暗物质”的存在。尽管他们一直在寻找“暗物质”，但从未找到。最近，一个新的理论认为暗物质并不存在，如果它最终将被证实，原有的爱因斯坦关于引力的理论将被推翻。目前这一新理论已经完成了第一次测试，并得到了测试结果的支持。

我们已经接受了一百余年的引力理论很可能是错的，最近一项对象涵盖了超过3万个星系的独立研究发现了推翻原有理论的证据。

不久前，来自荷兰阿姆斯特丹大学的埃里克·韦尔兰德（Erik Verlinde）教授发表文章解释他的“引力学假说”，这篇文章试图破解暗物质的奥秘。

在对恒星和星系的研究中，天文学家发现引力的作用力比预想的要强。星系的外部区域围绕中心旋转的实际速度，远远高于根据星系、行星和星际气体等普通物质的数量计算出的速度。传统理论中，科学家们为了解释这种矛盾，会假设一种看不见的“暗物质”的存在。尽管人们尽了许多努力来检测暗物质粒子，但这种粒子从未被观察到。天文学家目前只能观察其对我们可以看到的物质产生的一些引力效应，以此来推断暗物质的存在。

韦尔兰德教授说我们应该重新认识引力，从方程中将暗物质完全剔除。他的理论认为与其说引力是自然界的基本力，不如说是一种“突发现象（emergent phenomenon）”。韦尔兰德教授的理论在2010年就作为论文发表，但直到最近才得到实验的机会。荷兰莱顿大学的研究小组在莱顿天文台的天文学家马戈特·布劳尔（Margot Brouwer）带领下，密切观察了超过3万个星系中物质的分布，验证了韦尔兰德教授的理论，他们发现利用韦尔兰德的假说可以解释物质的分布，而不需要所谓的暗物质。

在研究过程中，研究人员利用了“引力透镜效应”，即离地球较近的星系会使较远星系发出的光产生扭曲，这是公认的计算星系质量的方法。

星系的引力使空间发生扭曲，因而在空间中传播的光也同样发生扭曲。天文学家通过这种光线的扭曲计算星系周围引力的分布，这种计算的范围甚至可以达到星系本身大小一百倍以外的距离。

研究人员分别用爱因斯坦的经典相对论和韦尔兰德教授的新假说对星系做出了预测，然后将两种预测的结果同观察到的现象对比。结果是两种方式都对星系做出了正确的预测，但韦尔兰德的理论不需要任何“自由参数”。“自由参数”是一个可以调整的值，本质上是用以确保对星系的观测结果与初始假设一致的值。

研究人员表示若要在方程式中加入暗物质，就要用到四个“自由参数”。“在于数据的符合程度上看，暗物质模型实际上比韦尔兰德的假说表现稍好，”主笔者、博士生马戈特告诉《新科学家》杂志。“但是，如果你从数学角度考虑到韦尔兰德的预测没有采用任何自由参数，而暗物质预测则采用了，那么韦尔兰德的模型实际上表现略好。

如果这项新的理论通过更多的测试，那么它将推翻延续100多年的物理学，同时抛弃暗物质的理论。一旦其真实性得以证明，韦尔兰德教授的假说将是一个“万物的理论”，它将可观察的经典物理世界与难以捉摸的量子力学世界结合起来。

“现在的问题是这项理论如何发展，以及如何进行进一步的测试，”布劳尔夫人说。