困扰人类100年的“暗物质”只是个幻觉？

　根据当今宇宙学的观点，宇宙中的大部分物质是暗物质。

但这种物质与我们日常体验到的物质十分不同。

太阳是太阳系内质量最大的物体，它是由普通物质构成的（质子、中子和电子）。

行星、气体、尘埃、等离子体和恒星残骸也都是普通物质。

　　但暗物质并不是这些东西，构成暗物质的粒子甚至都不包含在所谓的标准模型内。

　　后发座星系团。

对这个星系团的观测结果首次向人们表明暗物质的存在。

Adam Block / 莱蒙山天空中心 / 亚利桑那大学

　　要解释我们在宇宙中观察到的引力现象，暗物质其实并不是唯一方案。

还有人试图通过修改引力理论来达到相同的目的。

最著名的莫若“牛顿引力动力学修正（MOdified Newtonian Dynamics，MOND）”及其衍生观点了，它们是最为流行的暗物质替代方案。

　　要理解这些观点，我们必须先回到1800年代，回到“质量丢失”之谜出现之前。

那时存在着另一个谜团——天王星和水星之谜。

　　1600年代以后，牛顿的引力定律在解释世间万物方面取得了空前成功。

无论是抛掷物的轨迹还是物体的滚动；无论是物体的重量还是摆钟的走动；无论是船的浮力还是月球的轨道——牛顿的引力学说无往而不胜。

　　开普勒的三大定律，是牛顿引力方程的一种特例。

把它应用到所有已知行星身上都同样有效：

　　1.行星都沿各自椭圆轨道环绕太阳，而太阳处在椭圆的一个焦点中；

　　2.相等时间内，太阳和运动行星连线扫过的面积相等；

　　3.行星公转周期的平方和它们椭圆轨道半长轴的立方成正比。

　　所有已知行星都严格地遵守着这些定律，几百年来毫无偏差。

但1781年发现的天王星成了一个例外。

这个新发现的行星在椭圆形轨道上围绕太阳运行时，其运行的速度与引力定律的预测相比似乎出错了。

　　天王星在其被发现后的首个20年内跑得过快。

虽然在随后的20至25年内，速度与预测相符，但接下去天王星就又越跑越慢，根本达不到预测的数值。

相同时间内，海王星（蓝色）、天王星（黄色）、木星和土星（青色）的运动连线。

Michael Richmond

　　是引力定律错了吗？可能。

但更简单的解释是有我们没有发现的物质——某种“暗”物质——在影响着天王星，使其轨道发生偏移。

结果证明的确如此。

Urbain Le Verrier和John Couch Adams两位学者对这颗新行星作出了各自的预测，他们之间还爆发了论战。

然后，Johann Galle和他的助手Heinrich d’Arrest，于1846年9月23日证实了Le Verrier的预测。

海王星被发现了。

它是首个通过引力影响推算出来的天体。

　　而在另一边，是太阳系最内侧的行星——水星。

积累了几个世纪的数据提升了天文学家的观测精度，人们从中发现，这个行星的轨道不但也违反了引力定律，而且更为奇怪。

根据开普勒定律，行星的轨道都是完美的椭圆，太阳则位于其中一个焦点。

但由于其它天体的干扰和影响，这个椭圆实际上并不完美，而是会发生进动。

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）。

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　　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》。