緊急引力將重寫歷史？

什麼是緊急引力，它將重寫物理？-這個觀念很新穎並且需要很多假設來驗證。經過多年，試驗結果得以驗證。

什麼是緊急引力，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的NIRCam（近紅外相機）儀器的完整視圖揭示了銀河系密集中心的50光年寬的部分。估計有50萬顆恆星在這張射手座C(Sar,C)區域的圖像中閃耀，以及一些尚未確定的特徵。（圖片來源：NASA,ESA,CSA,STScl,Samuel Crowe(UVA）))

2009年，理論物理學家Erik Verlinde提出了對引力的徹底改造。在他的理論中，重力不是一種基本力，而是更深層次的隱藏過程的表現。但在此後的15年裡，這個想法並沒有太多實驗支持。那我們接下來去哪裡？出現在整個物理學中都是常見的。例如，溫度的性質不是氣體的固有性質。相反，它是無數微觀碰撞的結果。

我們有工具將這些微觀碰撞與溫度相匹配；事實上，物理學中有一個完整的分支，稱爲統計力學，它使這些聯繫爲人所知。在其他領域，微觀行爲和突現性質之間的聯繫並不那麼清晰。例如，雖然我們瞭解超導背後的簡單機制，但我們不知道微觀相互作用如何導致高溫超導體的出現。Verlinde的理論是基於斯蒂芬·霍金和雅各布·貝肯斯坦在20世紀70年代觀察到的：黑洞的許多屬性可以用熱力學定律來表達。然而，熱力學定律本身是從微觀過程中產生的。對Verlinde來說，這不僅僅是一個巧合，而且表明我們所感知的重力可能來自於更深層次的物理過程。

2009年，他發表了他的理論的第一個版本。至關重要的是，我們不需要知道這些更深層次的過程是什麼，因爲我們已經有了描述緊急性質的工具包——統計力學。因此，Verlinde將這些技術應用於重力，並得出了重力的替代公式。因爲重力也與我們的運動、慣性、空間和時間概念有關，這意味着我們的整個宇宙也是從這些相同的更深過程中出現的。起初，這並沒有多少結果；重寫已知的物理定律，雖然有趣，但並不一定能提供更深入的見解。

但在2016年，Verlinde擴展了他的理論，發現包含暗能量的宇宙自然會導致空間的新出現屬性，從而允許它在低密度區域向內推進。這一發現引發了一陣興奮，因爲它爲暗物質提供了另一種解釋。目前，天文學家認爲暗物質是一種神秘的、看不見的物質，構成了每個星系的大部分質量。雖然假說已經能夠解釋大量的觀測結果，從星系內恆星的旋轉速率到宇宙中最大結構的演化，但我們還沒有確定神秘的粒子。

在Verlinde關於涌現的引力的圖片中，一旦你進入低密度區域-基本上，太陽系以外的任何東西-引力的行爲與我們從愛因斯坦的廣義相對論中所期望的不同。在大尺度上，對空間本身有一種自然的向內拉動，這迫使物質比其他情況下更緊密地聚集在一起。這個想法令人興奮，因爲它讓天文學家找到了一種方法來測試這個新理論。觀測者可以將這種新的引力理論應用於星系結構和演化模型中，以發現它與暗物質模型之間的差異。

然而，多年來，實驗結果喜憂參半。一些早期的測試在恆星的自轉速率方面支持出現引力而不是暗物質。但最近的觀察沒有發現優勢。暗物質也可以解釋比星系旋轉速率更多的東西；星系團內的測試發現，涌現的引力即將到來。-暗物質引力本身的起源？爲什麼引力如此微弱？答案可能就在時空的本質中“量子引力”最終可以幫助將量子力學與廣義相對論結合起來這不是緊急引力的終結。

這個想法仍然很新，需要在計算中進行大量假設才能使其工作。如果沒有一個完全實現的理論，很難說它對星系和星系團行爲的預測是否準確地代表了突然出現的引力會告訴我們什麼。天文學家仍在嘗試開發更嚴格的測試，比如使用來自宇宙微波背景的數據，以真正驗證該理論。緊急引力仍然是一個有趣的想法。如果它是正確的，我們將不得不從根本上重塑我們對自然世界的理解，並通過更深層次、更復雜的相互作用的鏡頭看到重力和運動，甚至更基本概念，如時間和空間。但就目前而言，這仍然只是一個有趣的想法。只有時間和廣泛的觀察測試才能告訴我們我們是否在正確的軌道上。

By：Paul Sutter

FY: 何丹懷

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