理論物理學界就像職業(yè)拳擊賽一樣，每位參賽選手都想挑戰(zhàn)冠軍。

拳擊臺的一個角落里坐著的是一位有著亂糟糟白發(fā)的老頭，他就是我們的冠軍愛因斯坦。他在1915年提出的廣義相對論，一直是描述引力的最好的理論。從提出到現(xiàn)在，始終未被打敗。他的理論可以很漂亮地描述在大尺度下的宇宙運作的情況，不過有一個特別前提——宇宙中得存在一種看不見的物質——暗物質。

而在拳擊臺的另一角落里，則是我們最新的挑戰(zhàn)者——荷蘭物理學家埃里克·韋爾蘭德。他提出了另一種描述引力的理論，并聲稱暗物質不存在。

那么，韋爾蘭德能挑戰(zhàn)成功嗎？還是愛因斯坦繼續(xù)創(chuàng)造不敗的神話？

為什么要有暗物質？

為了理解這個問題，我們先說說暗物質。

廣義相對論認為，質量會彎曲時空，還會使光的路線發(fā)生彎曲。此時，彎曲的時空就像一種透鏡一樣。更多的質量意味著時空彎曲得更嚴重，所以測量一個空間里有多少質量的方法，就是去測量經(jīng)過那里的光線的彎曲程度。

雖然這個方法彎曲適用于單獨的天體，例如我們的太陽。但是在更大的尺度下，比如去測量整個星系的質量時，這個方法就不適用了。

問題是，當你把星系中所有的可見物質——恒星、氣體和塵埃等都考慮進去時，會發(fā)現(xiàn)這些物質的質量似乎比廣義相對論預計的少了很多。也就是說，你會檢測到更為嚴重的光線彎曲。

于是，為了得到正確的答案，科學家引入了暗物質這個概念。一旦把暗物質計算在內(nèi)，廣義相對論就能繼續(xù)準確地描述我們的宇宙。

另外，在計算星系旋轉的速度或星系的運動軌跡時，相同的問題也會出現(xiàn)。一旦假設存在暗物質，那么問題就消失了。所以，許多科學家都相信，暗物質是存在的。

不是暗物質，而是暗引力

但是，韋爾蘭德的理論卻不需要暗物質。他認為，引力其實是一種統(tǒng)計量，是許許多多神秘的微觀作用力的集體表現(xiàn)，就像溫度一樣。溫度就是一種統(tǒng)計量，是大量分子無規(guī)則運動的集體表現(xiàn)。

起初，他的理論公式基本上就是從牛頓和愛因斯坦那里復制過來的。所以，許多人認為他所提出的應該被視為對引力的一種新的解釋，而不是一個新的理論。

但是在2016年11月，韋爾蘭德做了一個更大膽的推測。在他的論文中，他用他自己的理論描述了如何產(chǎn)生一個額外的作用力，來使得引力在更遠的距離上有著更多的強度。他認為，這可能解釋為何我們可以檢測到更為嚴重的光線彎曲，以及星系為何旋轉過快等問題，而不需要用暗物質理論來解釋。于是，他把這種額外的作用力稱為“暗引力”。

誰勝誰??？

最近，來自荷蘭萊頓天文臺的天文學家首次檢驗了韋爾蘭德的理論。他們用檢測光線彎曲的辦法，測量了33613個星系的質量，然后再用韋爾蘭德的理論和傳統(tǒng)的暗物質理論來分析結果。兩種理論都得到了正確的答案。

不過，廣義相對論需要假設暗物質的存在，而韋爾蘭德的理論不需要事先假設一種未知的東西。這可能使得韋爾蘭德的理論略勝一籌。

但這并不意味著我們可以完全排除暗物質，因為有很多天文學觀測是韋爾蘭德的理論無法解釋的。比如，離我們約有37億光年遠的子彈星系團，其實是兩個正發(fā)生碰撞的星系團。而這場碰撞導致了暗物質與普通物質出現(xiàn)了分離。如果韋爾蘭德的理論是正確的，那么所謂的暗物質應該始終與普通物質相伴隨。

另外一個問題是，韋爾蘭德的理論仍然是一個很初級的理論。目前來說，它只適用于一些最基本的情況，比如計算球形物體之間的引力作用等。所以，天文學家在計算中不得不進行許多近似處理，比如盡可能地挑選那些較孤立的星系來分析。這意味著計算的結果包含許多不確定性。

不過，暗物質理論也有不符合現(xiàn)實的地方。比如暗物質在星系內(nèi)的分布情況，理論與觀測的數(shù)據(jù)往往不符。

事實上，兩種理論都有很多的近似和猜測，你很難看出哪一方會最終勝出。所以，許多科學家認為，此時此刻，韋爾蘭德與愛因斯坦打了個平手。不過，在科學研究中，問題往往不是幾個理論之間的爭戰(zhàn)，而是理論與觀測數(shù)據(jù)之間的爭戰(zhàn)。當前，韋爾蘭德的理論表現(xiàn)得還不錯，將來可以繼續(xù)接受更多的觀測數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)。

本文源自大科技<科學之謎> 2017年第3期雜志文章 歡迎讀者們關注大科技公眾微@信@號：hdkj1997