在計算機(jī)模擬中，星系中致密的氣體呈現(xiàn)為明亮的點(diǎn)。與黑暗中心區(qū)域?qū)?yīng)的是標(biāo)準(zhǔn)引力行為方式；與亮黃色區(qū)域?qū)?yīng)的，是經(jīng)過修改的引力行為方式。Christian Arnold / Baojiu Li / Durham University
引力負(fù)責(zé)解釋宏觀宇宙，廣義相對論負(fù)責(zé)解釋引力。愛因斯坦的偉大，一直以來都是無可爭辯的。但是人類的認(rèn)識在不斷地前進(jìn)。不可否認(rèn)，沒有什么理論，能夠完美地解釋一切。愛因斯坦的引力理論應(yīng)當(dāng)也不例外。最明顯的一點(diǎn)是，要想通過愛因斯坦的引力理論來解釋我們實(shí)際觀測到的宇宙，必須引入“暗物質(zhì)”的概念。否則，宇宙就無法自恰。沒有了“暗物質(zhì)”，我們在宇宙中看到的一切理應(yīng)都不存在，或不應(yīng)該是現(xiàn)在這個樣子。但是愛因斯坦的理論實(shí)在是太堅不可摧了。到目前為止，“暗物質(zhì)”仍然是最合理的假設(shè)。因此，許多科學(xué)家都在探索“暗物質(zhì)”的真相。理性告訴我們，這才是最正確的方向。
不過也有許多科學(xué)家相信，解釋現(xiàn)實(shí)宇宙與理論宇宙之間的差異，可以通過修改愛因斯坦的引力理論實(shí)現(xiàn)。他們推出了許多愛因斯坦引力理論的替代版，試圖拋開“暗物質(zhì)”來解釋現(xiàn)實(shí)宇宙。其中有一個理論名叫“變色龍理論”（Chameleon Theory，f(R)-gravity），它假設(shè)引力的表現(xiàn)方式取決于周邊環(huán)境。最近一些來自英國達(dá)勒姆大學(xué)的物理學(xué)家，借助計算機(jī)對“變色龍理論”進(jìn)行了模擬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這個引力理論的替代版，同樣能夠解釋宇宙中星系的形成。
相關(guān)科學(xué)家表示，針對諸多引力理論的替代版，許多科學(xué)家做過計算機(jī)模擬。但之前的模擬大多沒有把普通物質(zhì)考慮進(jìn)去，只假設(shè)宇宙中存在暗物質(zhì)。而此次模擬則不然。
宇宙學(xué)中的另一個謎是宇宙為何會膨脹。為了解釋這個現(xiàn)象，許多理論模型都假設(shè)宇宙中存在一種未知的力——“暗能量”。但是這個“暗能量”和“暗物質(zhì)”一樣，無法被觀測，也無法被證實(shí)。流行的假說認(rèn)為，在宇宙的質(zhì)能總和中，有68%是“暗能量”，27%是“暗物質(zhì)”。剩下的可見物質(zhì)，包括我們自己在內(nèi)，只有5%左右。而“變色龍理論”對“暗能量”也作了廣泛的考慮。
在此次研究中，科學(xué)家還探索了引力理論的替代版對超大質(zhì)量黑洞的影響。超大質(zhì)量黑洞會吸取恒星的原材料氣體，并把部分物質(zhì)和熱能釋放出來。對于星系核心的形成而言，這種能量的釋放，是非常重要的。它在星系的形成過程中扮演了一個非常重要的角色。通過模擬科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，盡管引力理論替代版減少了黑洞釋放的熱量，星系依然可以像現(xiàn)實(shí)宇宙中那樣逐漸形成。
相關(guān)研究人員表示，雖然這樣的研究并不能動搖廣義相對論的有效性，但是它為未來的研究指出了另一種可能。
參考：
Realistic simulations of galaxy formation in f(R) modified gravity
https://www.nature.com/articles/s41550-019-0823-y
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