[비즈한국] 引力无处不在。它是我们最熟悉的力量，但同时也是最神秘、最令人费解的力量。从宏观角度审视宇宙，仅靠我们已知的物质无法解释引力现象。银河系边缘的恒星旋转速度远超预期，星系团中的星系亦是如此。如果以那样的高速旋转，恒星和星系早该四散而去，但宇宙结构却始终保持稳定。这看起来就像宇宙是由比表面看来更沉重的物质，即强大的引力束缚在一起的。
从亚里士多德开始，经过伽利略、牛顿，一直到爱因斯坦。历史上伟大的物理学家和哲学家们都曾挑战过引力的秘密。然而至今，我们仍未能百分之百地完全理解引力。
这正是现代宇宙学最大争议的爆发点。长期以来，天文学家为了解释“比表面看起来更重的宇宙”，构想出了暗物质。暗物质对引力有贡献，但不发出任何光。它不仅是暗的，而且既不发光也不吸光。由于它与光没有任何相互作用，因此无法通过常规望远镜观测到，只能模糊地感受到它所填充的引力效应。暗物质就像支撑星系和星系团的无形之手或骨架一样运作。
但人类至今仍未弄清暗物质到底是什么。最终，替代假说应运而生，这就是牛顿修正引力理论（MOND）。支持MOND的物理学家认为，根本没必要假设存在什么看不见的物质。相反，他们做出了更激进的假设：修改引力定律本身。他们解释说，特别是在引力加速度极弱的地方，即距离尺度非常大的情况下，引力的运作方式可能与牛顿和爱因斯坦所描述的完全不同。
MOND长期以来被视为一种有吸引力的替代方案，原因显而易见。它在银河系旋转曲线方面表现出惊人的成果。如果只考虑可见物质（重子），旋涡星系外围恒星的旋转速度实在太快了。MOND认为，与其添加暗物质，不如解释为在引力尺度极弱的星系外围，引力定律的表现方式不同。
引力随着距离增加，会按其平方反比减弱。距离增加两倍，引力减弱为四分之一；距离增加三倍，引力减弱为九分之一。若距离为r，引力强度大约与1/r²成正比减小。这里，距离的指数2至关重要。MOND则认为，这个数字可能不是2。比如如果是1呢？那么随着距离增加，引力的减弱会慢得多。这样即使是距离非常遥远的物体，也能以比预期更强的引力束缚在一起。MOND不依赖暗物质，而是通过这种方式来解释高速运动的恒星和星系的动态。
事实真的如此吗？在跨越数千万、数亿光年的宏观尺度上，引力真的比1/r²减弱得更缓慢吗？仅靠观察一个星系不足以找到答案。我们必须在比星系旋转曲线更宏大的尺度上，即针对整个宇宙来推敲引力的运作方式。我们有一个最好的工具：宇宙中最古老的光，即从最遥远地方传来的宇宙微波背景辐射（CMB）。
最近，天文学家利用位于智利阿塔卡马沙漠的宇宙学望远镜ACT，完成了数年全天域宇宙微波背景辐射图，并发布了各种分析结果。其中就包含对MOND在整个宇宙尺度上的可能性进行严密分析的惊人结论。那么，结论到底是什么呢？
宇宙微波背景辐射是从宇宙边缘极其遥远的地方传来的光。光在传播过程中会穿过各种星系团。星系团内部充满着炙热且高速运动的电子。宇宙微波背景辐射的光子在与星系团中的自由电子碰撞时，会产生散射效应。
此时，散射的形态取决于星系团相对于我们的运动方向。如果星系团相对于宇宙微波背景辐射正在向我们靠近或远离，其中的电子也会随之运动。那么，被电子散射后的微波背景辐射光子，就会掺杂进反映星系团运动的极其微小的多普勒效应。结果，穿过正在向我们靠近的星系团的宇宙微波背景辐射看起来会稍微热一点，而穿过正在远离的星系团的光看起来会更冷。这种效应被称为运动学苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应（Kinematic SZ effect）。
当然，这个信号微乎其微，如果只考虑单个星系团，它几乎被埋没在背景噪声中。但如果我们收集宇宙中数十万个星系和星系团并进行统计分析，就能得知星系团相对于我们的平均运动方式。设想宇宙中的两个星系团，它们的运动并非完全随机，而是会受到彼此引力的吸引。它们有一种趋于靠近的倾向。那种速度中包含了关于两个星系团之间引力如何运作的线索。
天文学家基于利用ACT完成的最新宇宙微波背景辐射图数据，结合了多年积累的SDSS大规模星系巡天数据。此次使用的星系红移范围在0.44到0.66之间。这一区间非常重要，因为在此区间内，星系的空间分布没有发生巨大变化。因此，可以排除宇宙大尺度结构随时间演化的效应，纯粹地、清晰地分析引力随距离减弱到底是平缓还是陡峭。
此次分析中使用的两个星系团的平均距离约为30~230Mpc。考虑到直径10万光年的银河系直径仅为0.03Mpc，这项研究测试的并非单一星系内的引力，而是跨越了星系尺度、达到宇宙学层面的引力。那么，通过大规模探测所确认的引力减弱指数值是多少呢？结果大约是2.1±0.3。在基于普通标准牛顿定律及爱因斯坦相对论的现代ΛCDM宇宙学中，n应为2。而假设最简单的MOND模型，n应为1。
然而，实际观测结果接近于2，显然不是1。MOND似乎在整个宇宙尺度上完全无法运作。当然，仅凭这一发现，相信MOND的物理学家们恐怕还不会彻底死心。MOND中存在许多复杂因素，如周围其他星系或星系团产生的引力效应，即外部场效应（External Field Effect, EFE）。即使某个天体本身处于微弱的引力场中，如果背景中存在更大的外部引力场，也可能会影响该天体的运动。不过，本次研究尚未能对EFE进行系统性分析。
但不可否认的是，这项研究在长达数十、数百Mpc的宇宙学尺度上对引力进行了测试。因此，无论如何考虑外部场效应，似乎都很难对这一结果进行强有力的反驳。
参考
https://www.science.org/content/article/newton-s-law-gravity-passes-its-biggest-test-ever
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1475-7516/2025/11/061
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1475-7516/2025/11/062