牛頓三百年定律通過迄今最大宇宙測試

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長期以來,引力被認為是支配從下落的蘋果到繞軌道運行的行星運動的力,如今正在宇宙最大尺度上接受測試。對遙遠星系團的新觀測證實,即使在浩瀚的宇宙距離上,引力的表現也完全符合牛頓和愛因斯坦的預測。圖片來源:Shutterstock

通過研究相距數億光年的星系團,賓夕法尼亞大學物理學家帕特里西奧加拉爾多及其合作者證明,牛頓和愛因斯坦所描述的引力定律仍然成立,這為不可見的暗物質存在提供了有力證據。

在日常生活中,引力似乎很簡單。扔個蘋果,它就會下落。但在宇宙尺度上,引力卻成了科學最大的壓力測試之一。它支配著星系的形成、星系團的行為以及宇宙的整體結構,但宇宙的某些運動仍然無法解釋。


這種長期存在的不匹配現象,正是促使賓夕法尼亞大學宇宙學家帕特里西奧A加拉爾多和他的合作者們提出一個基本卻深刻的問題:如果引力本身在宇宙最大尺度上表現不同會怎樣?

天體物理學一直被宇宙賬目中的巨大差異所困擾,加拉多表示。當我們觀察恒星在星系內的運行軌道,或是星系在星系團內的運動方式時,一些天體的運行速度相對于它們所含的可見物質總量來說,似乎快得離譜。


宇宙微波背景的光線穿過兩個星系團周圍的熱氣體,產生微小的扭曲,望遠鏡可利用這些扭曲推斷星系團的運動方式。圖片來源:露西雷丁西蒙斯基金會

這種差異導致了兩種可能的解釋。要么存在大量未被觀測到的暗物質,增加了引力影響,要么引力的基本方程需要修改。

基于阿塔卡馬宇宙學望遠鏡(ACT)的數據

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