困扰人类100年的“暗物质”只是个幻觉？(2)

爱因斯坦预测的水星轨道(蓝色)和牛顿预测的水星轨道(红色)。维基共享资源

　　人们根据牛顿的引力定律，把所有已知行星(包括海王星)，以及地球的分点岁差影响加起来。结果发现，理论的预测与实际观测结果存在着差异——大约是每100年相差43″。差异虽然细微，但绝非偶然。

　　这次又当如何解释?是水星轨道内部存在看不到的质量?还是引力定律的固有缺陷?人们用尽各种方法，在无比靠近太阳的地方寻找新行星——火神星。但一无所获，火神星并不存在。解决方案直到1915年才姗姗来迟。那一年，爱因斯坦发表了他的《广义相对论》。

　　1919年11月22日的《伦敦插图新闻》，刊登了爱因斯坦相对论预言被证实的消息。

　　时间快进到1970年代，科学的观测方法在Vera Rubin的引领下有了飞跃。我们已经可以通过观测单个星系——尤其是侧对着我们的星系——来测量它们的自转速度。持续旋转的星系一侧面对我们而来，会产生蓝移;另一侧背对我们而去，会产生红移。我们原本希望能够发现和太阳系类似的情况——越靠内，恒星的运动速度越快。但结果再次出人意料。

　　无论离开中心有多远，星系各部分的自转速度都是一个常数。什么原因?同样有两种可能——要么引力定律需要完善，要么我们必须假设存在一种看不见的质量。

　　“牛顿引力动力学修正”是Moti Milgrom于1981年提出的，他发现只要把牛顿引力定律中的加速度作极小的改变——比如1纳米每平方秒的改变——星系自转曲线就可以得到解释，而且对所有星系都有效。单从这一点来说，它的确管用，而且相当管用。

　　暗物质，则是从另一种可能性入手，假设在标准模型普通粒子之外，在一切由“质子、中子和电子”构成的普通物质之外，还存在着一种新型的物质。为了解释星系的自转现象，我们必须假设星系沉浸在一个巨大的，由一种不会和光发生作用，不会和电磁力发生作用，既无法自己聚集在一起，又无法和普通物质聚集在一起，只会和引力发生作用的物质构成的晕。这就是暗物质观点。

　　暗物质也能够解释星系的自转曲线，但表现得没有前者那么好。用最简单的暗物质模型进行的暗物质晕数字化模拟结果和实际观测结果并不完全吻合;理论模型中晕的中心过于致密，而外围过于蓬松。(专业上称为等温超出预期。)如果我们只考虑星系的自转曲线，那“牛顿引力动力学修正”显然走在了前面。

　　但宇宙很大，也是一个整体。假如我们想要像广义相对论取代牛顿定律那样，提出一个新的理论，就必须遵守三条基本规则：

　　1.它必须能够继承原有理论的所有成就;

　　2.它必须能够对新现象或新事件进行解释;

　　3.它必须能够作出新的预测，且这样的预测能够通过实验或观测加以验证、确认或排除。这是新理论独特性的关键。

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