超级计算机仿真显示，变色龙理论或许可改变对重力

爱因斯坦广义相对论或许不是唯一能解释重力如何作用及星系形成等现象的理论。英国杜伦大学物理学家Christian Arnold 和Baojiu Li 等人透过超级计算机，进行一项庞大的宇宙仿真测试替代理论（alternative theory），结果发现f(R) 重力理论（f(R) gravity），即所谓的「变色龙理论」（Chameleon Theory），也能解释宇宙各种结构的形成原因。相关论文发表在《自然天文》（Nature Astronomy）期刊。

▲ 杜伦大学研究团队以超级计算机仿真盘状星系形成的影像。（Source：Christian Arnold / Baojiu Li）

爱因斯坦广义相对论可解释宇宙大型天体的重力效应，例如水星轨道的摄动问题，几乎是现代宇宙论的基础，但与每天生活也息息相关，例如智能手机定位用的GPS 就是根据广义相对论计算。之所以称为「变色龙理论」，是因为能根据环境改变性质；这理论被视为广义相顿论的替代理论或修正重力理论，但并不代表广义相对论是错的，只是多了一种解释重力结构的方式。

科学家之前已知道f(R) 重力理论能如同广义相对论，成功证明太阳系的演化过程。但杜伦大学物理学家的新研究更显示f(R) 重力理论也能应用在极大宇宙范围的星系形成过程，并能协助科学家进一步了解暗能量（dark energy）性质。

这些科学家以变色龙理论仿真重力交互作用和星系中心的超大质量黑洞。由于超大质量黑洞再吞噬周围物质的过程中，会向外抛出热和物质，使得原本能形成恒星的气体原料被推散而抑制新恒星形成，因此超大质量黑洞是星系形成与演化的关键。超大质量黑洞抛出的热能有多少，会随重力改变而改变，影响星系如何形成。然而变色龙理论新仿真结果显示：即使将应用变色龙理论造成的重力改变计入，像银河系这样的盘面螺旋星系最后仍能形成。

广义相对论中，宇宙加速膨胀是暗能量驱使的；暗能量是一种神秘的宇宙组成，最简单的型态可视为一种宇宙常数，密度不随时间与空间改变。然而，考虑到对暗能量实在所知甚少，所以科学家也常用如变色龙理论这样的修正重力理论来解释宇宙加速膨胀的现象，或许能更稍进一步了解宇宙加速膨胀的特性。

杜伦大学团队希望建置在澳洲和南非的平方公里电波数组（Square Kilometre Arra，SKA）于2020 年正式运作后，能测试他们这次仿真成果是否正确。 SKA 建置完成后，将成为全球最大的电波望远镜，主要目标就是挑战爱因斯坦广义相对论，检视宇宙大霹雳之后的第一代恒星和星系如何形成，并协助科学家了解暗能量的本质特性。