最新研究：引力竟能無質量，暗物質或虛構？

根據廣義相對論，一個星系必須具備一定量的質量，才能藉由引力凝聚在一起。然而，科學家在宇宙中的衆多星系裡未觀測到足夠的可見質量，然而引力卻仍能讓這些星系維持完整。這究竟是怎麼回事？

這便是暗物質概念起作用之處。科學家認爲，星系中存在着不以與光相互作用的物質形式存在的不可見質量。正是由於這種不可見質量，維繫這些星系的引力方纔存在。

幾十年來，這種解釋一直支持着假設的暗物質的存在。然而，一項新的研究聲稱，即使沒有質量，引力也可以存在，這可能完全消除了對暗物質的需求。

這項獨特的理論“反過來是由我對現狀的不滿所驅動的，即儘管整整一個世紀都沒有任何直接證據，卻仍存在暗物質存在這一概念”，研究作者、亨茨維爾阿拉巴馬大學（UAH）物理學和天文學傑出教授理查德·劉說。

據利尤所說，維繫一些星系或星系團所需的引力可能來自“殼狀拓撲缺陷”。

拓撲缺陷是空間中獨特的緻密結構，其物質具有高密度。

這種缺陷很可能首先出現在早期宇宙的相變期間——在此期間，整個宇宙的物質經歷了一次重大的物理變化。

這些缺陷可能會以被稱作宇宙弦的長長的線性結構或者扁平的殼狀形態呈現出來。

“在我的論文裡，殼是由一層薄薄的正質量內層和一層薄薄的負質量外層構成的；兩層的總質量——這是從質量角度能測量到的所有內容——正好是零，不過當一顆恆星處在這個殼上時，它就會受到一股把它拉向殼中心的巨大引力。”劉解釋說。

這在一定程度上跟光子類似，光子自身沒有質量，然而由於存在大型天體，仍然受到引力的作用。這是由於當引力使時空扭曲時，它會和曲率內的所有東西相互作用，不管其有沒有質量。

當光線穿過一個巨大的天體時，它並非沿直線行進，而是會沿着時空曲率彎曲。這種現象被稱爲引力彎曲，它也是質量存在以及重力對物體影響的間接證據，正如廣義相對論所描述的那樣。

到目前爲止，每當在星系或星系團的情形中觀察到引力彎曲，然而卻沒有可見的質量時，科學家們就簡單地認爲是不可見的暗物質導致了彎曲。

然而，據 Lieu 所說，那些質量不可見的星系和星系團包含一系列呈殼狀的拓撲缺陷。當光線穿過每個殼時，它會稍微朝着這些結構的中心向內拉扯。

當光線穿過多個殼層時，綜合效應致使出現明顯的彎曲，這看起來與大量暗物質產生的效應類似，就如同恆星在軌道上的速度似乎受暗物質影響那樣。

然而，根據目前的研究，不存在暗物質，引力彎曲完全是拓撲缺陷的結果。

“目前尚不清楚宇宙中到底是何種形式的相變會引發這種拓撲缺陷，”劉說道。

此外，他補充說，目前的理論“本身不足以推翻暗物質假說——充其量，它可能只是一個有趣的數學練習，但這是引力能夠在沒有質量的情況下存在的首個證明。”

這項 研究 發表在《皇家天文學會月報》雜誌上。