从先驱者号轨迹反常谈“万有引力”(图)

2017-09-05 21:18 作者: 曲志卓

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尽管“万有引力”定律在解释行星运行上取得了成功,但是它在太阳系以外并没有得到实验的验证。(图片来源:Adobe Stock)

众所周知,“万有引力”定律是由十七世纪英国科学家牛顿发现的。牛顿根据当时对太阳系内行星运行观测的数据,结合自己和前人发现的的运动定律推导出了万有引力定律。尽管“万有引力”定律在解释行星运行上取得了成功,但是它在太阳系以外并没有得到实验的验证。先驱者号航行使人类第一次有机会精确地在“大尺度”上检测“万有引力”定律,而先驱者号的轨迹反常显示“万有引力”可能还有不为我们所知的奥秘。

在星系尺度上,现在的天体观测已经发现了很多不能为“万有引力”定律解释的现象。比如星系的运动,万有引力定律就无能为力。科学家们早就发现观测到的星系旋转速度比“万有引力”定律算出的要快很多,要维系星系的运行而使它们不分崩离析,必须假设星系中星体的引力常数(表征引力强度的常数)比我们现在所知的的引力常数要强很多;或者是维持引力常数不变,假定存在着质量比我们能够观测到的普通星体质量大10倍左右的所谓“暗物质”在维持着星系的稳定。

虽然现在物理学家都是倾向于后一个假设,但是这种假设十分随意(因为科学家们对“暗物质”一无所知),这种假设也只是许多可能性中的一种,真实情况如何仍然不得而知。

几年来发现的著名的宇宙加速膨胀,更是万有引力定律无法解释的。按照现代宇宙论,宇宙起源于一次宇宙大爆炸,宇宙因大爆炸而膨胀。按照万有引力定律,宇宙的膨胀速度应该因为宇宙中星系之间的万有引力而逐渐减慢。但是自1998年以来,几个互相独立实验观测都证实了我们宇宙在加速膨胀。科学家为此不得不引入所谓的“暗能量”来“推动”这种膨胀。

科学家们在测量万有引力常数的实验中也发现了异常。例如在对“万有引力常数”的测定中,目前两组精确度最高的测量值虽然实验精度达到万分之一,但是奇怪的是,这两个实验数值彼此相差超过实验精度的10倍以上。还有其他一些实验组给出的数值相互之间也有很大的出入。对此,科学家们百思不得其解。现在有些科学家认为这一常数并不是真正意义上的常数,它在地球上不同的地点有着不同的数值。

在理论上,“万有引力”也是让理论物理学家最为头疼的相互作用。它与其它重要的现有物理理论如量子场论等格格不入。因此很多研究弦论和膜论的物理学家认为“万有引力”只是一种现象,真正的物理实质是什么还有待于进一步的探索。在科学家们找到其物理实质之前,引力将持续困扰着我们。

先驱者号轨迹反常还有一个令人不解之处,就是我们太阳系中自然存在的行星都没有发现这种反常加速度。难道“自然存在”的行星和人造的飞船的“万有引力”存在着某些不为我们所知的差异吗?或者“自然存在”的行星轨道有什么特殊之处?这不禁使人想起了原子中的电子轨道。在原子中,电子的“定态轨道”的确是一些很特殊的“轨道”,也许微观和宏观世界存在着某种还不为我们所知的相通之处。


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