
相距非常远(地球-太阳距离的数千倍)的双星被用来测试广义相对论的替代方案。
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在过去的几周里,已经有论文发表并上传到 ArXiv 上,声称他们持有确凿无疑的证据我们所知道的万有引力定律的终结。这无疑是一个很大的主张,但研究人员对此充满信心。那么为什么爱因斯坦和牛顿会错呢?问题和部分答案与暗物质。
暗物质是一种假设的物质,只与引力相互作用,而不与光相互作用。因此,它是不可见的(因此有了黑暗的绰号),但可以施加引力。它存在的原因是星系以一种非常奇特的方式旋转,如果它们周围有很多看不见的东西,就很容易解释这一点。暗物质将超过构成恒星、行星和行星的普通物质水豚- 五比一。
暗物质存在的主要替代方案表明,我们的万有引力定律需要修改。对于非常低的加速度,就像星系边缘的恒星所经历的那样,加速度不再遵循牛顿规则。这就是修正牛顿动力学,或 MOND。
那么是否存在看不见的质量,或者我们是否需要改变重力的工作方式?当谈到太阳系的历史时,有一个很好的类比。海王星的存在是由于它对天王星轨道的引力效应而被预测的。确实是看不见的质量,至少在一段时间内是这样。但是水星轨道的特殊性暂时被解释为不存在的瓦肯星球,当牛顿动力学让位于爱因斯坦的广义相对论时,这个问题就得到了解决。
这并不是说暗物质和 MOND 都可能是正确的,但我们确实在这两种方法上都有经验。暗物质仍然是迄今为止最受欢迎的理论,因为它与其他未经证实的物质暗能量一起具有强大的预测能力,能够解释宇宙的特征和观测结果MOND 无法做到的。
一个例子是子弹簇。两个星系团之间的碰撞已经被详细观察到,显示了相互作用发生的位置以及质量分布的位置。这与某种看不见的物质形式的存在是一致的。例如,另一个挑战是重子声振荡,宇宙诞生之初常规物质的振动。暗物质和暗能量可以解释测量的内容。
最近的论文并没有关注星系或宇宙本身,他们测试了成对的宽双星中的牛顿加速度。这实际上是一个很好的测试。两颗恒星之间的加速度非常小,因为它们相距很远,就像位于星系中心边缘的恒星一样。但双星系统太小,不会受到暗物质的影响,所以如果牛顿和爱因斯坦是对的,那么就不应该有异常加速度——至少在这个实验的理想化版本中是这样。
这就是事情变得复杂的地方。一个最近的论文发现异常加速度,即将到来的也同意这一点,但是来自的一篇论文几个月前相反,发现 Netwian 的期望是正确的。他们都使用了欧洲航天局盖亚天文台的数据。
挑选一篇论文并说它们绝对正确并不容易,因为测试和观察与理想条件相去甚远。有关恒星质量的不确定性、轨道的方向和偏心率,以及看不见的第三颗伴星的可能性,这些都可能会歪曲为什么这项测试如此复杂,并可能给出不同的结果。
这篇论文无疑激起了人们的兴趣,但这并不是我们当前引力理论的丧钟。当然,进一步的研究以及盖亚更精确的观测是必要的,以进一步测试广泛的双星方法。