北京時(shí)間7月9日消息 利用超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)星系進(jìn)行模擬表明，愛因斯坦的廣義相對(duì)論可能不是解釋引力如何發(fā)揮作用或星系如何形成的唯一方法。

英國(guó)杜倫大學(xué)的物理學(xué)家，利用另外一種引力模型f(R)——即所謂的變色龍理論，對(duì)宇宙進(jìn)行了模擬。

由模擬生成的圖像顯示，即使采用不同的引力定律，像我們的銀河系這樣的星系仍然可以在宇宙中形成。

研究結(jié)果表明了在解釋宇宙中結(jié)構(gòu)形成方面，變色龍理論作為廣義相對(duì)論之外另一種理論的可行性——之所以稱之為變色龍理論，是因?yàn)樗男袨楦鶕?jù)環(huán)境而改變。

這項(xiàng)研究還有助于我們進(jìn)一步了解暗能量——暗能量加速了宇宙的膨脹速度。

這項(xiàng)研究成果發(fā)表在《自然-天文學(xué)》(Nature Astronomy)上。

廣義相對(duì)論是由阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)在20世紀(jì)初提出來的，用于解釋太空中大型天體的引力效應(yīng)，例如解釋水星在太陽系中運(yùn)行的軌道。它是現(xiàn)代宇宙學(xué)的基礎(chǔ)，但也在日常生活中發(fā)揮著巨大作用，例如智能手機(jī)中常見的GPS定位功能。

科學(xué)家們從理論計(jì)算中已經(jīng)知道，在解釋太陽系的形成、運(yùn)動(dòng)方面，變色龍理論可以再現(xiàn)廣義相對(duì)論的成功。

杜倫大學(xué)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)證明，這一理論可以解釋銀河系等星系形成，而且在宇宙學(xué)尺度上不同于廣義相對(duì)論。

這項(xiàng)研究的共同一作、杜倫大學(xué)計(jì)算宇宙學(xué)研究所的克里斯蒂安·阿諾德(Christian Arnold)博士表示：“變色龍理論允許修改引力定律，因此我們可以檢測(cè)引力變化對(duì)星系形成的影響。我們通過模擬首次證明，即使改變了引力，帶有旋臂的盤狀星系仍然可以形成。我們的研究絕不意味著廣義相對(duì)論是錯(cuò)誤的，但確實(shí)表明它并非是解釋引力在宇宙演化中作用的唯一理論。”

研究人員研究了變色龍理論中引力與位于星系中心的超大質(zhì)量黑洞之間的相互作用。黑洞在星系形成過程中起著關(guān)鍵作用，因?yàn)樗鼈冊(cè)谕萄手車镔|(zhì)時(shí)噴射的熱量和物質(zhì)會(huì)燒掉形成恒星所需的氣體，從而實(shí)際上阻止恒星的形成。黑洞噴射的熱量因引力的改變而改變，對(duì)星系的形成產(chǎn)生影響。

然而，新的模擬顯示，即使考慮到根據(jù)變色龍理論發(fā)生的引力變化，星系仍然能夠形成。

廣義相對(duì)論還可以用來解釋宇宙的加速膨脹。科學(xué)家認(rèn)為宇宙加速膨脹的動(dòng)力來自暗能量，而杜倫大學(xué)的研究人員表示，他們的研究結(jié)果，可能只是向著解釋暗能量特性邁出的一小步。

這項(xiàng)研究的共同一作、杜倫大學(xué)計(jì)算宇宙學(xué)研究所的李寶久(Baojiu Li，音譯)教授說：“在廣義相對(duì)論中，科學(xué)家通過引入一種叫做暗能量的神秘物質(zhì)來解釋宇宙的加速膨脹——最簡(jiǎn)單的形式可能是宇宙學(xué)常數(shù)。然而，考慮到目前我們對(duì)于暗能量知之甚少，宇宙學(xué)常數(shù)之外的方法也得到廣泛認(rèn)可。”

杜倫大學(xué)的研究人員預(yù)計(jì)，他們的研究結(jié)果可以通過利用位于澳大利亞和南非的平方千米陣(Square Kilometer Array)望遠(yuǎn)鏡陣列進(jìn)行觀察驗(yàn)證。平方千米陣將于2020年投入使用。

平方千米陣將成為世界上最大的射電望遠(yuǎn)鏡，旨在挑戰(zhàn)愛因斯坦的廣義相對(duì)論，研究宇宙大爆炸后第一批恒星和星系的形成，并幫助科學(xué)家了解自然界或暗能量。

關(guān)鍵詞：