新理論將有望徹底改寫物理學

今年初，荷蘭阿姆斯特丹大學科學家埃裡克-韋爾蘭德教授發表文章聲稱，由著名科學家愛因斯坦提出的關於對引力的理論是完全錯誤的，即愛因斯坦關於引力的理論並不能解釋宇宙中的一切現象。這一頗具爭議性的觀點立即引起了廣泛關注，科學家們也一直為此爭論不休。近日，韋爾蘭德的新理論首次通過驗證。

荷蘭萊頓大學一個獨立的研究團隊對3萬多個星系的物質分布進行了深入研究，並找到了支持韋爾蘭德新理論的有力證據。專家認為，如果驗證成果得到最終證實，那麼荷蘭人的新理論將有望徹底改寫物理學。

今年初，荷蘭阿姆斯特丹大學科學家埃裡克-韋爾蘭德教授發表題為《韋爾蘭德引力學假說》一文，該文本來旨在解決關於暗物質的問題。在研究恆星與星系關係的過程中，天文學家發現引力的作用明顯比預期要強。在諸如銀河系等星系的外部區域，物質旋轉速度要明顯快於可數的普通物質的旋轉速度，比如恆星、行星或恆星際氣體等。

傳統理論認為，這種不協調的現象可以用看不到的暗物質來解釋。長期以來，雖然天文學家付出了無數的努力，但暗物質粒子從未觀測到。近年來，天文學家又開始通過觀測暗物質對我們能夠看到的普通物質的引力作用來探測暗物質粒子的存在。

但是，韋爾蘭德教授認為，我們有必要重新思考關於引力的理論，將暗物質從這個方程式中完全排除掉。因此，他提出了上述爭議性理論。該理論認為，與其說引力是自然界的基本力，不如說是一種“突發現象”。

其實，韋爾蘭德教授的理論觀點最早出現於2010年的一篇文章中。但是，這一理論一直未被驗證過，直到近日荷蘭萊頓大學一個獨立的研究團隊終於驗證了該理論，首次通過試驗發現了支持這一爭議性理論的證據。研究團隊在萊頓天文台天文學家馬爾格特-布勞爾的帶領下對3萬多個星系的物質分布情況進行了深入研究。他們發現，利用“韋爾蘭德引力學假說”，即使不用暗物質也可以解釋這些物質的分布。

研究人員在研究中所採用的“引力透鏡”技術也被證明是目前比較完善的測量星系質量的方法。星系的引力導致空間彎曲，因此穿行於其中的光線也被彎曲。根據光線的彎曲程序，天文學家就可以測量星系中引力的分布。在測量試驗之前，研究團隊分別利用愛因斯坦的經典理論和“韋爾蘭德引力學假說”對結果進行了預測。然後，他們再將預測結果分別與實際測量結果進行對比分析。他們發現，兩種引力理論都可以做出關於星系的正確預測，但“韋爾蘭德引力學假說”在不利用任何“自由參數”的情況下同樣可以做到。

所謂的“自由參數”就是可以稍加調整的參數值，其實質上是一種欺騙值，主要是用於確保對星系的觀測數據能夠與最初的設想相一致。研究人員介紹說，他們將暗能量因素帶入到方程式中，就意味著他們也必須使用這些“自由參數”中的四個。布勞爾解釋說，“暗能量模型實際上也能夠稍微匹配韋爾蘭德的預言。但是，接下來，如果考慮到韋爾蘭德的預言中沒有任何自由參數，你就會發現韋爾蘭德的模型實際上表現更好。”

研究人員認為，如果這一理論得到更多的試驗證明，它將推翻100多年來的物理學基礎，同時可以完全拋棄暗物質理論。如果最終被證明正確，“韋爾蘭德引力學假說”將成為一種“萬物的理論”，可以將可觀察的經典物理世界與難以捉摸的量子力學世界結合起來。布勞爾表示，“現在的問題是，這一理論如何發展，如何進一步測試驗證。但是，首次測試驗證結果看起來很明顯令人充滿興趣。”

上個月，韋爾蘭德在介紹自己的理論時說，“我們現在關於對空間、時間和引力的理解可能有必要重新思考了。我們都知道，長期以來，愛因斯坦關於引力的理論在量子領域不可行。我們的發現或將引發徹底的變革。我認為，我們正處於一場科學革命的前夜。”

這一新理論也被稱為“突發引力”，意思是引力是作為宇宙熵的副產品而出現的。熵是表示一個體系混亂程度的量。韋爾蘭德引用了宇宙熵這一概念，並將其用於改編諾貝爾獎得主、理論物理學家傑拉德-特霍夫特的全息原理。他認為，引力出現於信息基礎位的變化之中，存儲於時空結構中。“我們有證據證明這種關於引力的新觀點與觀測結果相吻合。”

其實，暗物質理論並不是唯一一種與現有引力理論相違背的理論。標準模型認為，宇宙中的任何事物都是由最基本粒子組成，這些粒子受到四種基本力制約：引力、電磁力、弱核力和強核力。但是，多年來標準模型一直遺留一些問題難以解釋，因此科學家們也一直致力於突破標準模型，尋找新的理論。