回歸三維空間——時間的本性和暗物質是什麼？

06-15

2013年1月英國的天文學家宣布他們發現了宇宙中縱深達40億光年的星體結構，這是由73個古老類星體或星系共同組成的目前最大的星體結構——「大型類星體群組（簡稱LQG）。

英國中央蘭開夏大學耶利米亞·霍羅克斯研究所的羅傑·克洛斯博士認為：「這一發現令人非常興奮，因為它顛覆了我們之前對於宇宙的認識。如今看來，宇宙中的星系並不像我們所想像的那樣是均勻分布的。普通星系的長度在600萬到1000萬光年之間，但一個典型的LQG的長度約為16億光年，而這些星體結構在被拉長後的長度能達到40億光年。即便以光速行進，也需要40億年才能穿越這個類星體群組，宇宙中存在如此大規模的星體結構有可能將會對現有的宇宙學理論形成挑戰，徹底改變人類對宇宙的認識。」現代宇宙學理論的基礎源自愛因斯坦的研究成果，並依賴「宇宙學原理」的假設。雖然「宇宙學原理」也是一種假設，但目前還沒有確鑿的證據能夠對其進行證偽。而根據「宇宙學原理」和現代宇宙學理論而得到的計算結果顯示，天體物理學家目前無法發現一個大於12億光年的宇宙結構。很明顯，上述新的LQG的發現將對這一理論形成挑戰。

飛行異常對傳統物理學的挑戰

美國宇航局近日發表的一份分析報告認為，美國「近地小行星交會」「舒梅克」號探測器的飛行速度就比預計的要快得多。在許多太空探測器近地4小時的飛行期間，有的出現減速現象，有的出現加速現象。而這種飛行異常現象，或許在提示著相對論需要修改。

「飛行異常」現象是指當太空飛行器進入太空之前、尚在地球周圍不斷加速的過程，所有飛行器都曾有過奇怪的速率變化過程。而根據已知的萬有引力定律，不應該出現這種現象。於是有些科學家認為，這種飛行異常表明現有物理學定律以及萬有引力定律存在問題，愛因斯坦的廣義相對論需要修正。有人則認為這只是一種較為激進的看法。對此，美國斯蒂芬·阿德勒博士認為飛行異常現象是由一種看不見的暗物質所造成的。

飛行器在穿越暗物質的過程中，受到了來自暗物質引力作用，引起了飛行器速率的不規則變化。另一個飛行異常的例子是：美國宇航局1972年3月同時發射了「先鋒十號」「先鋒十一號」雙胞胎飛船，它們以時速2.7萬英里每小時前進。

科學家正在持續監測，1983年就離開太陽系，現距地球幾十億英里的「先鋒十號」（Pioneer 10）的信號。近日研究人員表示「先鋒十號」目前正被一股未知的力量拖拽回太陽。而這股未知的力量絲毫沒有減弱的跡象。科學家正在思考該探測結果或暗示了一種新自然力量的可能。發表在物理學期刊《物理評論》上的研究顯示，兩顆探測器正以每世紀6英里的速率改變——這種效應幾乎無法探測到，它大約比引力作用微弱100億倍。研究小組在排除了飛行器自身的原因後表示，目前沒有任何現存理論能夠解釋為什麼這種神秘力量維持恆定：物理學常識說明幾乎所有可能存在的力，從引力到太陽輻射的效應，引力與距離是成反比的，力都會隨著距離的增大而急劇銳減，但目前的研究表明，它們離開太陽越遠，反而受到的引力增加了。

兩個探測器表現出的怪異行為排除了兩者正在被太陽系外某未知行星產生的引力所影響的可能性。有些科學家還提出了另一種可能，也即這些神秘力量是由先鋒者號探測器離開太陽系環境劇變導致的，但科學家隨後發現該神秘力量對另外兩顆仍位於太陽內的太空探測器，伽利略號和尤里西斯號也產生了影響。這兩個探測器的數據表明它們受到的神秘力量的強度與先鋒者號所受到的是一樣的。美國斯坦福大學的太空科學家鄧肯·斯蒂爾（Dun-can Steel）博士表示，這種微弱的力量在宇宙範圍內可能產生巨大的效應。

此外他還提出了一個新問題：我們對引力定律的了解是否全面？」從聚合而生的多層宇宙模型來看，這種現象能夠得到更合理的解釋。萬有引力是一種錯誤的假象，引力只是力弦粒子的壓力，宇宙天體在自己的層級宇宙之內，容易受到系統力的影響。當脫離系統，同樣也會受到外部力弦粒子的作用，而力弦粒子方向是由外向內的，太陽系有來自銀河系力弦粒子的壓力。

無論如何，傳統的相對論都面臨著威脅。因為暗物質的本質人們目前還不知道，作用原理只是猜測。另外這種飛行速率變化到底受什麼影響不得而知，存在問題就說明相對論的時空彎曲並不完美，或者宇宙物理的深層原因還是沒有弄清楚。愛因斯坦曾經是量子力學的催生者之一，但是他始終不認可量子力學的測不準原理，所以他除了那句著名的「上帝不擲骰子」外，還有另一個名言：「月亮是否只在你看著它的時候才存在？」霍金說「上帝不僅擲骰子，而且他總是把骰子扔到我們看不到的地方！」當然這就是以愛因斯坦為代表的科學家與玻爾為首的哥本哈根派為代表的科學家，關於量子本質爭論的關鍵點。愛因斯坦強調內在的因果關係，哥本哈根派強調事實觀察結果。

量子世界有其不可窺視的一面，量子的測不準原理，波粒二象性等是人類工具的粗糙、無奈，還是因果的邏輯沒有找出來，至今還困惑著物理學界。現代觀察的事實表明：電子能夠再次分裂，在特定環境下能夠測出量子中子動量與位置的兩個狀態。

這些事實打破了哥本哈根派的量子邏輯，也似乎註定了愛因斯坦追求因果關係的方向未必是錯誤的。但是相對論本身的平滑彎曲的時空，與量子在極端微觀尺寸下的量子漲落是矛盾的。相對論與量子力學似乎是各自獨立運轉於一個宇宙系統之中，相對論與量子力學的不完善可見一斑。量子力學和廣義相對論是二十世紀兩個非常成功的理論，但這兩個理論在現有的框架下是相衝突的。簡單說來，量子力學認為沒有任何東西是靜止不動的，任何東西都有起伏漲落（測不準原理）。

廣義相對論認為時空是彎曲的，大質量星體導致平滑時空彎曲是萬有引力的起源。將量子理論與相對論結合在極端微小的普朗克尺寸下就可以導出，時空本身也是每時每刻都在經歷著量子瘋狂的起伏漲落（量子泡沫）。在靠近粒子的地方的引力會增加至無限大。在黑洞的視界附近，在大爆炸的初始時刻，相對論與量子的矛盾都會凸顯。在這些情況下，我們現有的理論（量子力學和廣義相對論）是不適用的，只能得到一些結果為無窮大荒謬結論。很顯然，我們需要一個更完備的理論。