Emergent gravity 理论可能迫使我们重写物理定律

在2009年，荷兰理论物理学家埃里克·韦尔兰德提出了一个具有颠覆性的假说，挑战了人们对万有引力的传统理解。他认为，万有引力并非宇宙间的一种基本力量，而是源于更深层次的物理过程。虽然当时这一理论缺乏广泛的实验支持，但它为我们提供了一个全新的视角，让我们重新审视这个看似熟悉的力量。

在物理学领域，新兴现象并不罕见。例如，温度并非气体的内在属性，而是微观粒子碰撞的结果。这种从微观到宏观的转变，正是统计力学研究的核心领域。统计力学为我们提供了一套工具，用以理解和描述这些从微观粒子行为中涌现出来的宏观特性。

然而，在物理学的其他领域，微观行为与宏观特性之间的联系可能并不那么直接。举例来说，尽管我们已经对超导现象的基本机制有所了解，但我们仍然无法完全厘清微观粒子是如何相互作用，从而产生高温超导体的。

韦尔兰德的理论灵感来自于20世纪70年代霍金和贝肯斯坦的发现:黑洞的许多特性可以用热力学定律来描述。这些定律源自微观过程，而韦尔兰德认为，这并非巧合。他提出，我们所感知的引力可能源自某种更深层次的物理过程。

2009年，韦尔兰德首次公开了他的理论，利用统计力学的原理，提出了一种新的引力表述。这一理论不仅挑战了我们对引力的理解，还触及了运动、惯性、空间和时间等基本概念。它暗示着我们所处的宇宙可能是由这些深层过程产生的结果。

起初，这一理论并未引起太多关注。毕竟，重新解释一个已经确立的物理定律虽然不无可能，但要提供更深刻的见解则是另一回事。然而，2016年，韦尔兰德进一步发展了他的理论，提出了一个关于暗能量的新观点。他发现，含有暗能量的宇宙自然会导致空间产生一种新的涌现属性，使得空间在低密度区域向内挤压。

这一发现立即引起了科学界的极大兴趣，因为它为暗物质提供了一种新的解释。暗物质是一种神秘的、看不见的物质，据信构成了宇宙中星系质量的主体。尽管暗物质假说能够解释许多观测现象，如星系内部恒星的旋转速度和宇宙中最大结构的演化，但我们仍未找到这种神秘粒子的实体。

韦尔兰德的理论则提出了一种不依赖于暗物质存在的引力解释。他认为，引力可能是一种"熵力"，类似于气体中分子的集体运动所带来的气体压力。这种观点与暗物质理论的依据形成了鲜明对比，后者主要基于以下几个观测事实:

1. 星系旋转曲线表明星系中存在额外质量;

2. 星系团的引力透镜效应显示团内质量远大于可见物质总和;

3. 宇宙微波背景辐射的温度波动反映了宇宙早期密度扰动。

韦尔兰德的理论提供了一种替代的解释，即不需要引入暗物质，而是通过考虑真空的量子纠缠熵来解释引力现象。他认为，引力是由真空的量子纠缠熵呈展而来的，原先认为由暗物质造成的引力效应实际上源于真空和暗能量中存在的额外熵。

尽管在某些方面取得了成功，比如解释星系旋转曲线，但韦尔兰德的理论仍需进一步发展和验证，以解释更多观测结果。目前，该理论只适用于孤立、球形、静态的系统，而宇宙是动态复杂的。因此，暗物质理论仍是一个有力竞争者，在学术界获得广泛支持。科学家们正在继续探索和验证这两种理论，以期找到宇宙中引力现象的真正解释。

韦尔兰德的理论还重新得到了修正牛顿动力学方程，这是一种不需暗物质存在即可解释星系旋转曲线的替代理论。他的理论认为，在宇观尺度上，牛顿和爱因斯坦预言的引力行为将不再适用，需要考虑量子效应和全息原理。

然而多年来，实验结果喜忧参半。在恒星旋转速率方面，一些早期测试倾向于新引力，而不是暗物质。但最新观测未发现这种优势。暗物质还能解释比旋转曲线更多的问题;在星系团内的测试发现，涌现引力无法解释这些问题。

这并非涌现引力的终结。这个想法尚属新兴，需在计算中作出诸多假设方能实现。在没有一个完整实现的理论之前，很难说它对星系和星系团行为的预测是否准确地代表了涌现引力会告诉我们的情况。天文学家们仍在努力开发更严格的测试方法，比如利用宇宙微波背景数据，来真正检验这一理论。

新引力理论依然是一个引人入胜的想法。如果它是正确的，我们将不得不从根本上重塑对自然世界的理解，并通过从更深层、更复杂的相互作用中产生的视角来看待引力、运动，甚至更基本的概念如时间和空间。但就目前而言，这仍然只是一个有趣的想法。只有时间和广泛的观测测试才能告诉我们，我们是否走在正确的道路上。