引力測試結果出爐，牛頓萬有引力定律在8億光年尺度屹立不倒！

宇宙尺度上的引力測試結果出爐，平方反比定律屹立不倒，暗物質地位進一步鞏固。一個跨越數億光年的實驗，給出了一個幾乎令所有人都意料之中、卻又意義深遠的答案：牛頓的引力定律，依然成立。

這項由賓夕法尼亞大學宇宙學家帕特里西奧·加拉多（Patricio Gallardo）領銜、發表于《物理評論快報》的研究，動用了迄今最大尺度的宇宙引力測量手段，對數十萬個星系團之間的引力行為進行了系統分析。結果顯示，在8000萬至8億光年的距離范圍內，引力仍然嚴格遵循距離平方反比關系，指數測定值為2.1，誤差正負0.3。

這是牛頓1687年寫下那個公式以來，它所經歷的最嚴苛、也是尺度最大的一次考驗。

物理學家們很早就發現了一件讓人頭疼的事：宇宙的運行軌跡和賬面對不上。

在星系中，距離核心較遠的恒星理應運動得更慢，就像太陽系中遠離太陽的行星那樣。然而觀測顯示，這些外圍恒星的速度比預期快得多，星系團中的整個星系也存在同樣的問題——它們運動的速度，根本無法用肉眼可見的物質質量來解釋。

"當我們看星系內的恒星或星系團中的星系如何運動時，它們的速度遠超可見物質所能提供的引力，"加拉多說。"這本宇宙賬，一直差得很遠。"

面對這道缺口，科學界分成了兩個陣營：一派認為宇宙中存在大量看不見的"暗物質"，其引力填補了這個空白；另一派則主張，是引力定律本身出了問題，需要修正，其中最具代表性的理論是20世紀80年代提出的"修正牛頓動力學"（MOND）。MOND并不引入暗物質，而是在極低加速度下調整牛頓第二定律的形式。如果MOND是正確的，引力在大尺度上的衰減方式將與平方反比定律出現偏差。

這一次，研究團隊用數據給出了判決。

大爆炸發生約38萬年后，宇宙釋放出一批光子，至今仍以微波的形式彌漫在宇宙各處，這就是"宇宙微波背景輻射"（CMB）。當這些古老的光子穿越星系團時，會與其中的高能電子發生碰撞，并根據星系團的運動方向相應地獲得或損失能量。這一細微變化，可以被用來直接測量星系團的運動速度，精度極高。

智利阿塔卡馬沙漠中、海拔5000米高原上的阿塔卡馬宇宙學望遠鏡（ACT）從2007年運行至2022年，積累了海量CMB觀測數據，正是這項研究的核心數據來源。研究團隊同時結合了斯隆數字巡天（SDSS）對數百萬個星系空間分布的長期測繪成果，將兩類數據疊加，構建出一幅引力隨距離變化的精確圖譜。

研究聚焦于距地球56億至77億光年的星系團，刻意規避了宇宙膨脹和暗能量在更大時間跨度上造成的干擾，使引力信號盡可能純粹、可靠。最終，團隊探測到了低至10飛米每平方秒的加速度，相當于地球表面重力加速度的萬億分之一，這一靈敏度令人嘆為觀止。

測量結果與牛頓、愛因斯坦的理論框架高度吻合，與MOND的預測則明顯不符。

耶魯大學天體物理學家普里亞姆瓦達·納塔拉詹（Priyamvada Natarajan）指出，這項結果"本不令人意外，但它切實削弱了MOND理論的立足空間"。加拉多也坦言，MOND本就難以完整描述宇宙結構的演化，這項新數據更讓它雪上加霜。

既然引力在宇宙尺度上表現正常，那么星系和星系團中那部分"多余"的引力效應，便只能歸結于某種看不見的物質。

"這項研究加強了宇宙中確實存在暗物質成分的證據，"加拉多說，"但我們依然不知道它究竟是什么。"