最新觀測:愛因斯坦廣義相對論和暗物質假說都受到挑戰!

2021-02-25 科學解碼

據外媒New Atlas報導,暗物質是目前最被廣泛接受的假說,用於解釋我們在宇宙中看到的一些怪異現象--但它不是唯一的可能性。現在,一個天文學家團隊在超過150個星系中發現了「修正引力」這一長期存在的替代模型的證據。

暗物質的概念是在20世紀30年代被提出來的,以回應與牛頓引力定律相悖的天文觀測。

基本上,一個物體的質量越大,它的引力就越強--但瑞士天體物理學家弗裡茨·茲威基注意到,星系團的旋轉速度比它們的引力應該允許的要快得多,基於它們可見物質的質量。茲威基得出的結論是,這些星系團所包含的質量比我們能看到的要多得多,他將其稱為暗物質。

在此後的幾十年裡,這一假說經得起推敲,觀測結果不斷支持暗物質的觀點。但是,這個謎題還缺少一個重要的部分--找到這種東西本身。大量的實驗都試圖探測到難以捉摸的暗物質粒子,甚至創造出它們,但到目前為止還沒有一個實驗成功。

也許這是因為它畢竟不是真的存在,而可能是我們的引力和物理學模型需要進行一些調整。這一類假說被稱為修正引力,現在天文學家聲稱已經找到了支持被稱為「修改的牛頓動力學」(MOND)的這一種特殊模型的證據。

1982年物理學家Mordehai Milgrom首次提出,MOND表明,在低加速度下,引力的效應比牛頓定律描述的更強。這帶來的一個副作用是,物體的運動將不僅僅取決於自身的質量,而是取決於其附近的所有其他質量。這種現象被稱為外場效應(EFE)。

而現在,新研究的研究人員表示,他們已經在153個不同星系中觀察到了EFE的作用。該團隊正在研究星系的旋轉曲線,該曲線繪製了恆星和氣體的軌道速度與它們與星系中心的距離。

研究人員發現,處於強外場的星系比處於弱外場的星系減速的頻率要高得多。這是MOND才做出的預測,這個發現連天文學家自己都感到驚訝。

「外部場對旋轉曲線的影響預計是非常微小的,」該研究的共同作者Federico Lelli說。「我們花了幾個月時間檢查各種系統學。最後,很明顯,我們有一個真正的,堅實的檢測。」

這是一個耐人尋味的結果,它可能會給MOND假說提供一些砝碼,以便進一步研究。但要記住,到目前為止,大部分證據仍然指向暗物質,要完全推翻這一假說還需要更多的工作。

這項研究發表在《天體物理學雜誌》上。

相關焦點

  • 最新黑洞觀測為愛因斯坦一百多年前的廣義相對論提供新證據
    最新黑洞觀測為愛因斯坦一百多年前的廣義相對論提供新證據 美國天文學家觀測一顆繞一個巨大黑洞運行的星體所發射光線,為阿爾伯特·愛因斯坦1915年提出的廣義相對論提供了新證據。
  • 愛因斯坦與廣義相對論
    在水桶實驗中,水受到慣性離心力,是由於它相對於整個宇宙中的物質轉動,這相當於水不動,全宇宙的物質相對於水反向轉動,在這種相對轉動中,全宇宙的物質都對水施加了「作用」,這一作用的表現就是慣性離心力。起初,愛因斯坦與格羅斯曼合作,學習和掌握黎曼幾何,並尋找聯繫物質和時空幾何的基本方程——場方程。他們嘗試寫出了一些形式的方程,但都有重大缺陷。愛因斯坦到德國後,又與希爾伯特探討。希爾伯特不愧是一位數學大師,愛因斯坦與他作了短時間的探討,幾個月後愛因斯坦就給出了場方程(廣義相對論的核心方程)的正確形式,建立起他的新理論——廣義相對論。
  • 有研究質疑暗物質理論和愛因斯坦的相對論
    大多數天文學家相信他們對宇宙的能量和物質有廣泛的了解,但是一小群特立獨行的研究人員並不信服。他們聲稱,新的衡量標準意味著科學界可能需要重新考慮他們的立場。根據那些對公認的物理學持懷疑態度的人的說法,物理學家需要使用新的運動和引力理論來解釋宇宙,而不是接受一種叫做暗物質的擬議物質的存在。
  • 事實證明:愛因斯坦又對了!致敬偉大的廣義相對論!
    最新研究再次證明愛因斯坦是對的!搖擺的脈衝星證實了廣義相對論!最新觀測顯示,在距離我們25000光年外的脈衝星正在以一種奇怪的方式搖擺,這種現象立刻在科學界引起了大量關注並為之震撼。因為在一個多世紀前,愛因斯坦的廣義相對論就已經預言了這一現象。
  • 再一次驗證廣義相對論正確性,天體物理學家觀測到恆星拖曳時空
    天體物理學家說,該事件再一次驗證廣義相對論是正確行。圖註:該插圖是位於澳大利亞的帕克電波望遠鏡(Parkes radio telescope)觀測到的脈衝星白矮星雙星系統。物理學家們花了大量時間試圖反駁愛因斯坦廣義相對論中的觀點,但每一次新的嘗試都在不斷地證明理論的正確性。這一最新發現,即「參考系拖拽」的證據,再次證明愛因斯坦是對的。
  • 愛因斯坦廣義相對論的基本原理是否適用於所有類型物質中?
    愛因斯坦的答案:墜落物體的加速是由於天體環境中彎曲的時空幾何形狀造成的。無論它們的質量如何,所有的身體都沿著扭曲的時空沿著完全自然的路徑滑行穿過世界。等效原理的檢驗| 科學家利用衛星顯微鏡測試地球引力場中的質量是否真的以完全相同的速度下降。等效原理對暗物質也有效嗎?慣性質量和重質量等價原理已成為愛因斯坦建立全新引力理論的基礎。
  • 恆星運動軌跡證實愛因斯坦廣義相對論的預言
    愛因斯坦在科學上的成就在百年來可以說無人可及。但是,因為超前的理論,其相對論自誕生以來一直被質疑。然而,隨著科學技術的發展,我們觀測宇宙的技術越來越先進,不管是尺度還是精度都日漸提高,相對論裡的理論也隨之一點點被所觀測現象證實。
  • 廣義相對論又被證實!恆星的運行與愛因斯坦的預測不謀而合
    一顆恆星正繞著銀河系的黑洞運轉並精確的按照愛因斯坦的預測移動。舉個例子吧,三十年前,天文學家們曾經觀測過人馬座a星附近的一個星體的運行方式,研究其是否符合愛因斯坦的廣義相對論。歐洲南方天文臺用巨型天文望遠鏡在近期的觀測裡證實,這顆星體的運行軌跡是蓮座形狀的,而這再一次驗證了愛因斯坦的理論是對的。
  • 愛因斯坦又對了!恆星繞銀河系黑洞的運動,符合廣義相對論的預測
    用ESO的超大望遠鏡(VLT)進行的觀測首次揭示了一顆圍繞銀河系中心超大質量黑洞運行的恆星運動。正如愛因斯坦廣義相對論所預測的那樣,它的軌道是玫瑰花形的,不像牛頓引力理論所預測的是橢圓狀。這是科學家們經過近30年來日益精確地測量,才終於揭開了隱藏在銀河系中心的龐然大物的神秘面紗。
  • 愛因斯坦的廣義相對論,是如何解決牛頓理論解決不了的問題?
    愛因斯坦的廣義相對論重塑了引力理論,解決了牛頓理論所不能解決的問題。自1905年首次亮相以來,它已經通過了幾十個專門為它設計的實驗檢驗,但物理學家的挑戰其實才剛剛開始。到目前為止,我們還只是在牛頓的世界裡玩耍。不過,這一切很快就會改變。一些大膽的實驗將使用全新的探測設備和探測手段來研究引力在宇宙中一些最極端的天體周圍是如何起作用的。
  • S2恆星軌道進動完全吻合廣義相對論,愛因斯坦再度勝出
    在銀河系的中心,有數百顆恆星都圍繞著超大質量黑洞人馬座A* 運行。數十年來,科學家一直在關注恆星的運動,這是測試愛因斯坦廣義相對論最好的場所之一,在這其中,最接近黑洞的S2恆星最特別,其軌道周期約16年。
  • 宇宙學被兩朵「烏雲」籠罩,有可能牛頓定律和廣義相對論都錯了?
    開爾文勳爵所指的兩朵「烏雲」,實際是指當時處於萌芽狀態的量子理論和相對論。一百多年過去了,儘管現在人們在歡呼量子力學和廣義相對論取得了勝利,因為這兩者幾乎能解釋所有我們已知的現象。但是,幾乎所有當代的物理學家內心都明白,現在歡呼勝利還為時過早,因為還有兩朵「烏雲」籠罩在物理學和宇宙學頭上,這兩朵「烏雲」分別是暗物質和暗能量。
  • 廣義相對論及其實驗證明
    為此,愛因斯坦經過十年的不懈探索最終以廣義協變原理和局部等效原理為基礎於1915年建立了彎曲時空的引力理論即廣義相對論(1916年發表)。雖然廣義相對論已被普遍接受,但是廣義相對論還存在一些理論困難,例如,愛因斯坦引力場方程的許多嚴格解難以找到物理解釋;廣義相對論的量子化(量子引力)問題難以解決,等等。因此,物理學家對廣義相對論的理論基礎、重要預言和理論困難從理論與實驗兩個方面多年來進行了深入的探索,取得了長足的進展。廣義相對論有兩個基本假設:廣義協變原理和(局部)等效原理。
  • 暗物質和暗能量:21世紀籠罩物理學的兩朵烏雲
    200多年後,愛因斯坦在1916年發表了廣義相對論,人們對光速、引力有了更深刻的認識。牛頓和愛因斯坦的理論雙劍合璧,令人們對物理學感到滿意,因為地球上絕大多數自然現象都得到了圓滿的解釋。然而,從20世紀20年代開始,發現了許多新的天文現象,證實在宇宙尺度下,有許多引力現象無法用牛頓和愛因斯坦的理論解釋。例如,漩渦星系的弧線的曲率與理論預測有很大差異,如果理論是對的,這些曲線應該更彎一些。
  • 愛因斯坦的廣義相對論是什麼理論?
    簡單來說,愛因斯坦在一百多年前創立的廣義相對論是一種引力理論,描述宇宙中天體的引力作用。關於引力理論,我們最早接觸到的是牛頓在17世紀提出的萬有引力定律。那麼,愛因斯坦的引力理論與牛頓的有什麼區別呢?行星在繞著太陽運動過程中,每一圈的近日點其實都是不一樣的,這種現象被稱為近日點進動。越靠近太陽的行星,近日點進動值越大,水星近日點具有最大的進動值。天文學家通過觀測發現,水星近日點進動的觀測值與通過萬有引力定律計算出來的結果存在一些差異,觀測值與理論值每個世紀相差43秒,這遠大於觀測誤差,所以必然是理論出了問題。
  • 愛因斯坦的廣義相對論是什麼?
    廣義相對論是現代物理學的主要組成部分。它基於空間的「彎曲」能力來解釋引力,或者更準確地說,它將引力與時空的幾何變化聯繫起來了。1915年,阿爾伯特·愛因斯坦創立了廣義相對論(GRT),即這個「特殊」理論誕生十年之後,應用光速,並假設物理定律在任何給定的參照系中保持不變。
  • 暗物質,暗能量?
    1920年,愛因斯坦在萊頓大學做了一個「以太與相對論」的報告,試圖調和相對論和以太論。他指出,狹義相對論雖然不需要以太的概念,但是並未否定以太,而根據廣義相對論,空間具有物理性質,在這個意義上,以太是存在的。他甚至說,根據廣義相對論,沒有以太的空間是無法想像的。愛因斯坦所說的「以太」其實是廣義相對論中的度規場,並不具有物質性。
  • 廣義相對論:愛因斯坦在史無前例的引力紅移測試中獲勝
    基於2018年的數據,位於銀河系超大質量黑洞附近的S0-2(黃色)軌道剛剛被用來檢驗愛因斯坦的廣義相對論。如果觀測到的結果與愛因斯坦的預測有任何出入,這些結果將為建立一個新的、更基本、更精確的引力理論指明道路。在它最接近的時候,S0-2距離人馬座A*的視界只有180億公裡,而人馬座A*的直徑只有海王星繞太陽軌道直徑的兩倍。
  • LIGO之後:暗物質,相對論,超對稱,中微子,黑洞誰贏誰輸?
    圖片版權:SXS,模擬極限時空(SXS)項目在2015年暗物質的情況非常簡單:宇宙中的大規模結構要求有大量的冷暗物質,替代物正在努力重現這些成功。愛因斯坦的廣義相對論仍然需要在所有尺度上運行,從局部的、基於太陽系的測試到宇宙的測試,但是沒有直接的測試它的一些最偉大的,強場的預測。
  • 愛因斯坦廣義相對論預言成真,原因是在這裡
    結合美國宇航局哈勃太空望遠鏡和歐洲南方天文臺甚大望遠鏡的數據,研究人員發現,此星系中引力的行為與阿爾伯特﹒愛因斯坦廣義相對論的預言相符,在星系的尺度上證實了這一理論的正確性。1915年,阿爾伯特﹒愛因斯坦提出廣義相對論,對引力如何起作用進行了解釋。自那以來,廣義相對論通過了一系列在太陽系內的高精度檢驗,但還從沒有在巨大的天文學尺度上對其進行過精確地檢驗。