当两颗恒星相互绕转时，引力会变得奇怪

我们所知的引力概念由来已久。300 多年前，艾萨克·牛顿首次分享了他的引力理论，描述了大质量物体如何相互吸引。大约一百年前，阿尔伯特·爱因斯坦完善并扩展了牛顿的思想，创立了相对论——将引力解释为物体（尤其是宇宙两端的物体）扭曲周围空间结构的方式。

但宇宙中仍有一些谜团，即使是经过充分检验的相对论也无法解释。最大的谜团是什么？暗物质，当今天文学最臭名昭著的问题。许多科学家认为暗物质是一种尚未知晓的粒子，它遵循传统的引力定律。另一些人认为问题实际上是引力本身。从这个角度来看，也许我们需要一种修正的引力理论——也称为 MOND，即修正牛顿动力学——在最大和最小尺度上，引力的作用与通常的牛顿或爱因斯坦理论不同。

MOND 经常遭到强烈质疑，因为牛顿和爱因斯坦的引力理论取得了巨大成功。但最近发表在《天体物理学杂志》上的新观测结果声称，通过详细观察双星相互绕转的方式，为修正引力提供了证据。

韩国首尔世宗大学天文学家、新论文《MOND 理论》的作者 Kyu-Hyun Chae 解释说：“新研究结果提供了直接证据，表明牛顿理论在某些尺度上完全不成立。”Chae 使用了欧洲盖亚卫星的数据，该卫星在过去十年中一直以前所未有的精度测量恒星的位置和运动。特别是，他观察了轨道特别宽、相距特别远的双星，以测量它们的加速度，而 MOND 和传统理论对这些双星的预测值不同。

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这些分散的恒星移动得相当慢，这使得在存在微小加速度的情况下进行引力测试成为可能。这些微小的加速度是两种引力理论分歧之处，修正引力预测恒星的移动速度将比在“正常”引力下快 30% 到 40%——这正是 Chae 声称在数据中看到的情况。Chae 表示，在双星的小尺度上，暗物质也无法真正产生影响，因此它无法解释观察到的与传统引力预测的差异。

墨西哥国立自治大学的天文学家泽维尔·埃尔南德斯 (Xavier Hernandez) 首次提出了用宽双星系统测试引力的想法，但他没有参与这项新工作，他对这些新结果充满信心，尤其是因为它们补充了他过去的工作。“两种基本独立且互补的方法已被证明可以产生相同的结果，”他说，并强调这是科学过程的一个明显例子。

对 Chae 的观测结果最好的解释是改良引力理论的一种特殊形式，称为 AQUAL MOND。但仅仅因为引力可能与一种理论不完美匹配，并不意味着我们需要抛弃我们已有的一切。物理学家 Sergei Ketov 在东京大学 Kavli 研究所的新闻稿中表示：“改良引力有很多版本，因为它可以是任何超越爱因斯坦广义相对论的东西。”“改良引力并不排除爱因斯坦的理论，但它表明了它的界限。”

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不过，并非科学界的所有人都相信这是 MOND 的“确凿证据”。科学传播者伊桑·西格尔 (Ethan Siegel) 在周五的专栏《一声巨响》中写道：“简而言之，这个结果是三件事的结合：好的科学、坏的科学和丑陋的科学新闻。”西格尔和其他科学家对 Chae 研究中使用的观测结果的可靠性表示担忧——有些人甚至发表了相互矛盾的研究——并对新闻文章给人的印象感到不满，即这项工作是修正引力理论的决定性胜利。根据科学家在分析中包含的恒星不同，结果会有所不同，而这些科学家目前对哪些假设是正确的意见不一。

“如果有人真的持怀疑态度，他/她应该尝试反驳我的结果，”Chae 反驳道。然而，他理解一些人怀疑的动机。他补充说，与这项研究相悖的分析没有包括一个重要的自我校准步骤。他补充道，目前修改后的引力理论“就像尚未发展量子物理学的玻尔原子模型。但我们需要记住，量子物理学最终得到了发展。”（玻尔模型是经典的小学科学观点，即电子围绕原子核旋转，后来被更加模糊和概率性的量子力学观点所取代。）

只有时间和许多其他测试才能确定哪种理论会胜出，以及暗物质是粒子还是引力的微调。“我们面前有这些双星相互绕行，并没有按照牛顿所说的那样运行，”埃尔南德斯说。“不考虑修改后的引力不再是一种选择。”

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