美科學家重拾以太理論　質疑暗物質學說

美科學家重拾以太理論　質疑暗物質學說

據《美國國家地理雜誌》2006年9月8日報道，上個月，使用錢德拉X射線太空望遠鏡(Chandra X-ray Observatory)進行宇宙觀察的科學家們宣佈，他們發現了暗物質存在的直接證據。暗物質的存在此前還僅僅屬於理論上的推測，理論上認為，暗物質的總質量是普通物質的6倍，在宇宙能量密度中占了1/4多。同時更重要的是，暗物質主導了宇宙結構的形成。但來自美國俄亥俄州克利夫蘭市華盛頓天主教大學(Case Western Reserve University)的宇宙學家格倫-斯塔克曼卻對發現暗物質一說進行了反駁。  　　斯塔克曼表示，暗物質或許根本就不存在，實際情況是，宇宙中存在的以太物質影響著太空中的引力構成。   　　目前暗物質學說在科學界十分流行，暗物質學說可以對一些令人迷惑的現象給出科學的解釋，如星系在宇宙中的運動顯示，其所包含的質量要遠遠大於天文學家們觀測到的可見物質的質量。根據理論顯示，暗物質正是構成星系間這一現象的不可見物質。暗物質本身並不發光，但是它有顯著的引力效應。比如，對於一個星系考慮距其中心遠處的天體的旋轉速度，如果物質存在的區域和光存在的區域是一樣的話，由頓引力定律可知，距離中心越遠，速度應該越小。可是天文觀測事實不是這樣的，這就說明當中存在看不見的暗物質。目前所知道的宇宙的構成為：百分之五的普通物質(可見物質)，百分之二十五的暗物質以及百分之七十五的暗能量。暗物質在宇宙空間中所占比重為可見物質的5倍。   　　但備受爭議的斯塔克曼的觀點卻是，宇宙中存在的“以太”物質能夠更好的解釋星系間的各種現象。有關斯塔克曼這一觀點的論文最近發表在8月26號的《新科學家》雜誌上。斯塔克曼說：“星系的旋轉速度比我們預想的要快的多，這也限制了我們所能觀察到的物質數量。我們長久以來所給出的一個可能性的就是，在星系間存在著某種尚未能解釋的物質，這些物質產生了額外的引力效應。但也有另外一個可能性，即我們所觀察到的可見物質產生了比我們之前所認為的更多的引力。這就是‘以太’的由來。”      　　●以太氣流   　　“以太”這一術語最先由亞裏斯多德提出，亞裏斯多德認為天體(太陽、月球、行星、恒星)是由另外第五種元素“以太”(ether))組成的(其它四種元素分別為泥土、空氣、火和水)，跟地上的物質不同的是它永遠不變、完美。所以天上會變的東西，像流星、彗星、新星都在天空之下、在地球大氣層空氣中，而不是在恒星和行星中。以太的自然運動不是往地球的直線運動而是繞地球做等速圓周運動，自然形狀也是光滑的球形，因為球或圓圈是最完美的形狀。而科學家們所解釋的“以太”概念則是：遍佈宇宙的一種背景介質，這一概念也流傳了上百年時間。科學家們此前曾認為，正是以太這種物質才使得光能夠在空間傳播，就如同聲音需要空氣或水作為媒介來傳播和擴散一樣。   　　一些物理學家認為，地球在以太中的運動會製造出一種“以太氣流”，這種氣流會使得光波發生彎曲，就好像聲波在大氣氣流中發生偏移一樣。但以太理論在1887年艾伯特-邁克耳遜(1907年諾貝爾物理學獎得主，以表彰他對光學精密儀器及用之於光譜學與計量學研究所作的貢獻，他以精密測量光的速度和以空前精密度進行以太漂移實驗而聞名於世)同愛德華-摩爾利(實驗測量出光速變化的美國天文學家)的試驗失敗後，在很大程度上被就此擱置一旁。   　　邁克耳遜-摩爾利的試驗建立在這樣一個基礎上，假定整個空間充滿著光以太，人們認為以太是不動的，地球運行時通過以太。因此，順地球運動方向發出的光傳播得應該(或看來應該)比向與地球運動方向成直角發出的光快些。兩束光會失相並出現干涉條紋。測量條紋的寬度就可能求出地球相對於以太的精確速度。這樣，便可以測定地球的“絕對運動”，還將由宇宙間一切物體相對於地球的運動得知它們的絕對運動。但試驗的最終結果卻是看不到有明顯寬度的條紋，因此光速在任何環境下任何方向上都沒有差別。從而也推翻了所有關於以太的學說。這一意味著“以太氣流”可能不存在。後來愛因斯坦在自己的狹義相對論的基礎上表明，光可以在“沒有以太”的真空中進行傳播。   　　但斯塔克曼關於“以太”的概念理解同十九世紀時所理解的“以太”概念又存在很大不同，斯塔克曼認為，“以太”對重力產生影響，而不是對光的運動產生影響。斯塔克曼說：“在傳統的重力模型中，科學家們使用被重物壓住發生彎曲的橡膠板來顯示其受重力情況。”斯塔克曼解釋了在他的理論中“以太”是如何發生作用的。“當以太物質遍佈周圍時，橡膠板變得十分柔軟。所以當上面承受重物時，其所受的重力影響要大的多。”斯塔克曼通過初步計算提出，以太對重力的影響可以解釋為什麼星系內部的恒星能夠以如此高的速率進行運動。   　　斯塔克曼研究的下一步將著重於進行更多、更詳細的計算來保證他提出的“以太”理論能夠同現有的宇宙資料想吻合，如太陽系中各行星的運動。斯塔克曼說：“進行這些試驗十分重要，因為很有可能我們會推翻暗物質理論，或者說進行這些試驗將使得我們對‘以太’理論的信心進一步增加。從這個層面上來說，在沒有確切證明之前，我認為目前兩種對立的理論應該並存。”   　　●挑戰愛因斯坦   　　斯塔克曼的理論得到了數位理論物理學家的聯合支持，其中包括以色列耶路撒冷希伯來大學理論物理學教授雅各布-貝肯斯坦，加州大學戴維斯分校的宇宙學家兼物理學教授安德裏亞-阿爾佈雷切特。但斯塔克曼同時也承認，他提出的以太理論還處於初期階段，可能無法經受嚴格的測試，需要進一步的完善。斯塔克曼說：“相對於暗物質理論，我們提出了另外一種理論解釋。我們並不是說暗物質理論一定是錯的。如果要我在暗物質理論同以太理論的正確性之間進行打賭，我可能會選暗物質理論。”   　　對於這兩種理論的提出，還有一些科學家持觀望中立態度。美國伊利諾斯州芝加哥大學的天體物理學家邁克爾-特納對斯塔克曼提出的理論很感興趣，但由於理論中尚有許多不足，要他全部接收他本人會感到有些猶豫。比如，如果“以太”這種物質確實存在，那麼愛因斯坦的相對論就出現了漏洞，愛因斯坦相對論解釋的光線如何傳播以及重力如何作用已經深入人心。特納說：“以太理論的確立還為時尚早，如果用以太理論改變傳統的引力理論，那麼也會動搖其它一些理論體系，在許多領域會引起一場變革。以太理論是個有趣的備選方案，但我們已經有了一個相當完美的首選方案(暗物質理論)。”