修正牛顿力学：第九行星搜寻是否揭示了新的万有引力定律？

2023-10-08 08:46:16 来源：cnBeta

太阳系外围可能蕴藏着另一颗行星--或者是修改万有引力定律的证据。一对理论物理学家报告说，激发人们寻找第九颗行星的同样的观测结果，可能是太阳系内的一个证据，它证明了一个修改过的万有引力定律，该定律最初是为了理解星系的旋转而制定的。

柯伊伯带天体（KBO）的艺术家印象图，该天体位于太阳系外缘，与太阳的距离达到惊人的 40 亿英里。图片来源：NASA、ESA 和 G. Bacon（STScI）

(资料图)

凯斯西储大学（Case Western Reserve University）物理学教授哈什-马瑟（Harsh Mathur）和汉密尔顿学院（Hamilton College）物理学副教授凯瑟琳-布朗（Katherine Brown）在研究了银河系对外太阳系天体的影响后提出了这一论断--如果万有引力定律受一种被称为修正牛顿动力学（Modified Newtonian Dynamics，简称 MOND）的理论支配的话。

哈什-马瑟资料来源：凯斯西储大学

MOND提出，艾萨克-牛顿著名的万有引力定律在一定程度上是有效的。也就是说，当牛顿定律所预测的重力加速度变得足够小时，MOND允许不同的重力行为取而代之。

MOND在星系尺度上的成功观测是一些科学家认为它可以替代"暗物质"的原因。"暗物质"是物理学家用来描述一种假想的物质形式，它具有引力效应，但不发射任何光。

马图尔说："MOND确实能很好地解释银河系尺度的观测结果，但我没想到它会对外太阳系产生明显的影响。"

他们的研究成果最近发表在《天文学报》上。

马瑟尔和布朗以前研究过 MOND 对星系动力学的影响。但在天文学家于2016年宣布外太阳系的一些天体出现了轨道异常，可以用第九行星来解释之后，他们开始对MOND的局部效应产生了兴趣。

轨道异常曾带来历史性的发现：海王星是通过其对附近天体轨道的引力牵引而被发现的，水星的微小前冲为支持爱因斯坦的广义相对论提供了早期证据，天文学家最近利用轨道动力学推断出银河系中心存在一个超大质量黑洞。

布朗意识到 MOND 的预测可能与观测结果不符，而观测结果正是寻找第九行星的动力。她说："我们想知道支持第九行星假说的数据是否会有效地排除MOND。"

凯瑟琳-布朗资料来源：汉密尔顿学院

相反，马瑟尔和布朗发现，MOND恰恰预测了天文学家观测到的聚类现象。他们认为，在数百万年的时间里，外太阳系中一些天体的轨道会被银河系自身的引力场拖向一致。

马瑟尔说："当他们将九号行星数据集中的天体轨道与银河系自身的引力场进行对比时，发现两者的吻合度非常惊人。"

作者提醒说，目前的数据集还很小，任何其他可能性都可能被证明是正确的；例如，其他天文学家认为轨道的特殊性是观测偏差的结果。