最新研究：引力竟能无质量，暗物质或虚构？

根据广义相对论，一个星系必须具备一定量的质量，才能借由引力凝聚在一起。然而，科学家在宇宙中的众多星系里未观测到足够的可见质量，然而引力却仍能让这些星系维持完整。这究竟是怎么回事？

这便是暗物质概念起作用之处。科学家认为，星系中存在着不以与光相互作用的物质形式存在的不可见质量。正是由于这种不可见质量，维系这些星系的引力方才存在。

几十年来，这种解释一直支持着假设的暗物质的存在。然而，一项新的研究声称，即使没有质量，引力也可以存在，这可能完全消除了对暗物质的需求。

这项独特的理论“反过来是由我对现状的不满所驱动的，即尽管整整一个世纪都没有任何直接证据，却仍存在暗物质存在这一概念”，研究作者、亨茨维尔阿拉巴马大学（UAH）物理学和天文学杰出教授理查德·刘说。

据利尤所说，维系一些星系或星系团所需的引力可能来自“壳状拓扑缺陷”。

拓扑缺陷是空间中独特的致密结构，其物质具有高密度。

这种缺陷很可能首先出现在早期宇宙的相变期间——在此期间，整个宇宙的物质经历了一次重大的物理变化。

这些缺陷可能会以被称作宇宙弦的长长的线性结构或者扁平的壳状形态呈现出来。

“在我的论文里，壳是由一层薄薄的正质量内层和一层薄薄的负质量外层构成的；两层的总质量——这是从质量角度能测量到的所有内容——正好是零，不过当一颗恒星处在这个壳上时，它就会受到一股把它拉向壳中心的巨大引力。”刘解释说。

这在一定程度上跟光子类似，光子自身没有质量，然而由于存在大型天体，仍然受到引力的作用。这是由于当引力使时空扭曲时，它会和曲率内的所有东西相互作用，不管其有没有质量。

当光线穿过一个巨大的天体时，它并非沿直线行进，而是会沿着时空曲率弯曲。这种现象被称为引力弯曲，它也是质量存在以及重力对物体影响的间接证据，正如广义相对论所描述的那样。

到目前为止，每当在星系或星系团的情形中观察到引力弯曲，然而却没有可见的质量时，科学家们就简单地认为是不可见的暗物质导致了弯曲。

然而，据 Lieu 所说，那些质量不可见的星系和星系团包含一系列呈壳状的拓扑缺陷。当光线穿过每个壳时，它会稍微朝着这些结构的中心向内拉扯。

当光线穿过多个壳层时，综合效应致使出现明显的弯曲，这看起来与大量暗物质产生的效应类似，就如同恒星在轨道上的速度似乎受暗物质影响那样。

然而，根据目前的研究，不存在暗物质，引力弯曲完全是拓扑缺陷的结果。

“目前尚不清楚宇宙中到底是何种形式的相变会引发这种拓扑缺陷，”刘说道。

此外，他补充说，目前的理论“本身不足以推翻暗物质假说——充其量，它可能只是一个有趣的数学练习，但这是引力能够在没有质量的情况下存在的首个证明。”

这项 研究 发表在《皇家天文学会月报》杂志上。