广义相对论细节存疑：地球和太阳距离加大

西班牙《趣味》月刊2015年10月号刊登《对不上的碎片》一文，作者为米格尔·安赫尔·萨巴代尔。

　　文章称，科学界有人对寻找暗物质或暗能量这些幽灵实体的行为提出批评，但如果不假设这些幽灵实体的存在，广义相对论就解释不通。或许应该修改甚至使用新的引力理论来替换爱因斯坦的广义相对论。

　　广义相对论和量子力学是宇宙论的核心学说，被视为现代物理学的两大支柱。事实上，最近几十年专家的大部分努力都集中在将两种理论合二为一上。因为爱因斯坦的精妙理论在原子领域说不通，如果要在原子领域实行广义相对论，就必须把它量子化，但目前科学家还做不到这一点，阿根廷物理学家胡安·马丁·马尔达塞纳总结说，“这两大理论并不非常吻合”。

　　文章称，虽然有这种不合，但是广义相对论在描述大尺度的引力活动时是相当准确的。虽然爱因斯坦的所有预言已经得到了实验证明，但还有一些细节似乎与理论并不相符。

　　月亮的某些活动显示了这种不相符。2006年，美国喷气推进实验室(JPL)研究员詹姆斯·G。威廉斯在对地月距离进行38年的测量后，发现地月之间最远点和最近点之间的差距每年增长6毫米。即使考虑可能导致这种现象的各种因素，例如地球和月亮内部的潮汐摩擦，也无法破解这个谜团。

　　地球和太阳之间的距离在加大，原因不明

　　文章称，当天文学家确定天文单位(UA)的值时，发生了类似的事情。天文单位是长度单位，约等于地球跟太阳的平均距离，误差范围在1米到10米之间，因此我们可以用一个确切的12位数来确定它的数值(1UA=149，597，870，700米)。然而JPL研究员厄兰·迈尔斯·斯坦迪什在2004年指出，UA似乎随着时间在增长。同一年，圣彼得堡应用天文学研究所的两位科学家查看了20万多份观察资料，发现看似稳定不变的UA每100年增加15米。2005年俄罗斯科学院科研人员叶连娜·皮季耶娃公布了一份更为详细的分析，内容包括从1913年到2003年的31.7万份记录，结果显示UA距离每一个世纪拉伸7米左右。

　　所有这些研究工作令太阳系中的一个不解之谜变得更加神秘。90年代末期，一群科学家查看了“先驱者”10号探测器在11年内以及“先驱者”11号探测器在4年内收集到的数据。发现探测器的飞行速度有微弱但是持久的减退：在1998年，10号探测器的距离比预定地点近5.8万公里，11号探测器近了6千公里。与探测器跟我们相距105亿公里的距离比起来，这些差距微不足道，但是飞行器是不应该出现这种偏差的。是什么阻止了“先驱者”探测器的前进呢？

　　文章称，奇怪之处不止于此。2008年，JPL的科研人员宣布，他们发现6艘飞往其他星球的飞船在借助地球引力场飞近地球时，其轨道能源出现了偏差，令它们的速度比设定速度加大了一点点。可能导致这种意外加速的因素，例如地球大气层、潮汐、探测器负重、磁场、太阳风等，它们的力量都比这种加速需要的力量小1千倍。这些奇怪的现象是否说明我们关于引力的理论其中有些点说不通呢？

　　广义相对论在科学界的地位是如此坚实，大部分科学家都不觉得它需要修改。然而也有些人认为它有需要修改之处。最重要的是要增加关于暗物质的描述。1933年天文学家弗里茨·兹维基猜测可能会有暗物质的存在，他发现后发星座和处女座星团的移动速度非常之高，如果外表可看见的就是它们的全部质量，那么它们早就应该消散在太空。兹维基认为，唯一的解释是存在望远镜看不到的物质。兹维基称之为消失的质量，这种质量再没有出现在天文学中，直到1977年。

　　银河的质量应该比看起来的大10倍

　　1977年，天文学家薇拉·鲁宾发现在银河系等螺旋星系边缘地带的星体的运动速度并不像理论所预测的那样，因为根据广义相对论，恒星离星系中心越远，其运动速度应该越慢，但是螺旋星系外侧的恒星运动的速度却与其他恒星一样。而这样的速度，需要有更大得多的质量聚集在星体或者星云上。例如如果是银河系的话，它的质量应该是现在的10倍。

　　文章称，一种可能是，假设存在那些大量的无法检测到的物质，它既不吸收也不发射能量。另一种可能是承认我们的引力理论不够完善，因此应该修改爱因斯坦和牛顿的理论。这两种选择都很极端：一个是我们假设引力在宇宙范围不像我们想象的那样运行，另一个是我们假设宇宙中存在我们对其一无所知的幽灵实体。如果是后一种假设，天体物理学需要我们展开诚意的、真正的行动。

　　加拿大多伦多大学物理学家约翰·W。莫法特解释说，“暗物质在宇宙初始阶段没有发挥任何作用”，“然后宇宙开始膨胀，宇宙大爆炸40万年后，事情起了变化。如果我们假设重子物质(即普通物质)是宇宙中唯一的物质，那近期的所有数据就都解释不通，当前的标准模式应该引入其他物质，这样爱因斯坦的引力论才能符合数据”。根据这位引力专家，“寻找暗物质或将成为最大的徒劳无功的实验，无论是诺贝尔奖得主艾伯特·亚伯拉罕·米切尔森还是物理化学家爱德华·莫利，在19世纪末期都没有发现能媒”。

　　虽然很少，但在1997年，人们发现，宇宙在加速膨胀，这在广义相对论中是不可能的，一定是有因素在推动。于是诞生了一个比暗物质更加奇怪的概念。我们谈论的是一种谁也不太了解的具有推动作用的物质，它被称之为暗能量。日内瓦大学的马丁·孔茨和多梅尼科·萨波内教授认为，问题在于我们无法通过实验区分，这到底是一种现象还是一种修改后的引力理论。

　　引力极弱地区的定律

　　德国波恩大学教授贝努瓦·法马伊也认为，必须对引力论做一些修改。“暗物质似乎懂得如何与普通物质搭配。无论我们观察什么星系，可见物质的重力和暗物质辐射的比例都是一样的，就像两者商量好了一样。这让人诧异，因为我们原本以为两者之间的关系取决于每个星系的特殊历史”。

　　1983年，以色列物理学家莫尔德艾·米尔格龙公布了一个模型，根据该模型，引力在物质厚度极其稀薄的地方作用方式不同。因此，就像牛顿的理论在强烈的引力场不适用一样，爱因斯坦的引力论在这些地区也应该被替换，或许需要为引力极弱地区提出一个新的定律。这个模型虽然得到了一些拥护者，但是所谓的修正牛顿动力学说还是面对重大障碍，无论从理论上还是实验上皆是如此，因为它并不非常符合对银河星团X射线的最新观察结果。

　　文章称，一个可能性更大的替代理论是上文的物理学家约翰·W·莫法特提出的经过修改的引力论。该理论的核心内容是比较电磁场和引力场的方程式。结果并不为大家所乐见，一方面它提出了一种未知力量，另一方面它认为著名的常数--重力实际上并不是一个常数，光速也不是，但重力与光速的商确实是不变的。最后，时间会告诉我们，哪一种理论才是真理       

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