物理學(xué)的大廈，要迎來(lái)新的烏云了？
歐洲航天局蓋亞望遠(yuǎn)鏡的一組觀測(cè)數(shù)據(jù)，讓牛頓和愛(ài)因斯坦的力學(xué)理論受到了天文學(xué)者的挑戰(zhàn)。發(fā)現(xiàn)者稱，如果結(jié)論成立，將在整個(gè)物理學(xué)界產(chǎn)生巨大影響。
這一發(fā)現(xiàn)是韓國(guó)世宗大學(xué) Kyu-Hyun Chae 教授提出的。目前，Chae 教授的論文已在 The Astrophysical Journal 上發(fā)表。
通過(guò)分析蓋亞望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)，他發(fā)現(xiàn)了雙星系統(tǒng)之間存在引力異常。
Chae 教授表示，現(xiàn)有的經(jīng)典力學(xué)理論和廣義相對(duì)論都無(wú)法解釋這一現(xiàn)象。
對(duì)于這一發(fā)現(xiàn)的意義，Chae 對(duì)科技媒體 Motherboard 這樣說(shuō)：
我認(rèn)為我們現(xiàn)在正在進(jìn)入一個(gè)極其激動(dòng)人心的時(shí)期。
麥克斯韋電磁理論的「紫外災(zāi)難」一個(gè)多世紀(jì)前被發(fā)現(xiàn)，它最終引發(fā)了量子物理（的提出）。
我們現(xiàn)在正在經(jīng)歷一場(chǎng)低加速度的「重力災(zāi)難」。我不知道它將引領(lǐng)世界走向何方，但我感到很興奮。
對(duì)此，網(wǎng)友們雖然抱有一定懷疑態(tài)度，但也表示如果 Chae 教授的結(jié)果正確，將成為一件大事。
那么，Chae 教授究竟發(fā)現(xiàn)了雙星系統(tǒng)中什么樣的異常呢？
廣義相對(duì)論受到挑戰(zhàn)
Chae 教授研究了蓋亞 DR3 數(shù)據(jù)集中的 2 萬(wàn) 6 千多組雙星系統(tǒng)的有關(guān)數(shù)據(jù)。
他發(fā)現(xiàn)，在弱引力加速度條件下，星體的運(yùn)動(dòng)與牛頓-愛(ài)因斯坦理論模型有明顯偏差。
Chae 教授將觀測(cè)到的天體運(yùn)動(dòng)二維投影中的線速度和半徑通過(guò)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(wàn)有引力常數(shù)，M 為中心天體質(zhì)量）
而做圓周運(yùn)動(dòng)的天體的加速度 a (該環(huán)境下與 gN 相等) 為 v2/r。
但當(dāng)引力加速度 gN?10-9m/s2 時(shí)，兩式的結(jié)果出現(xiàn)了明顯偏差。
當(dāng) gN≈10?8.91 和 10?10.15m/s2 時(shí)，觀測(cè)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(shí)測(cè)值與理論值的比例達(dá)到了 1.43。
過(guò)去，人們常常用暗物質(zhì)來(lái)解釋觀測(cè)數(shù)據(jù)的異常。但 Chae 教授認(rèn)為這種解釋方式不能適用于雙星系統(tǒng) —— 暗物質(zhì)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的引力沒(méi)有影響。
因此，暗物質(zhì)是否存在也受到了質(zhì)疑，Chae 教授這樣說(shuō)：
現(xiàn)有信息不能排除存在其他未知粒子干擾的可能，但數(shù)量絕不像暗物質(zhì)那么多。
如果這些發(fā)現(xiàn)被證實(shí)，且不是因?yàn)槠渌槿胍蛩厮拢瑢⒌贸鲆粋€(gè)驚人的結(jié)論：
牛頓的經(jīng)典力學(xué)體系在低速條件下同樣不能適用。
而牛頓的經(jīng)典力學(xué)體系是廣義相對(duì)論的一個(gè)極限，如果被打破，意味著廣義相對(duì)論同樣需要修改。
對(duì)于這一異?，F(xiàn)象，Chae 教授引用了一種修正模型進(jìn)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(xué)體系的基礎(chǔ)上進(jìn)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(gè)臨界加速度 a0，在加速度遠(yuǎn)小于 a0 時(shí)適用其他規(guī)律。同時(shí)，AQUAL 預(yù)測(cè)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(duì)于蓋亞望遠(yuǎn)鏡的發(fā)型，這個(gè)模型的確能比較好地解釋。
不過(guò)也有網(wǎng)友表示，AUQAL 這種 MOND 模型同樣存在問(wèn)題。
對(duì)此，Chae 教授也告訴 Motherboard，還要繼續(xù)進(jìn)行觀察和理論工作，而且本文是基于特殊情況進(jìn)行的討論，在這種情況之外，牛頓經(jīng)典力學(xué)和愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論依舊是重要的基礎(chǔ)理論。
總之，現(xiàn)象背后的本質(zhì)仍有待進(jìn)一步發(fā)掘，各位讀者朋友們不妨讓子彈再飛一會(huì)兒……
論文地址：
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
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