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宇宙为什么这么黑暗1
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第一章&宇宙物质的运动规律&&导读：宇宙物质是宇宙存在的基础，在宇宙中，发生的任何事件都离不开这个基础。在物理学领域，具体地说，任何物理学理论都是反映某一物理事件规律的理论。这就要求正确认识宇宙的物质组成和其运动状态，如果做不到这一点，就无法正确地理解和描述以宇宙物质为存在基础的物理事件。在这一章中，我们首先明确宇宙的物质组成和其运动状态，为下一章论证以太的存在打下基础。第一节&宇宙的物质组成宇宙由哪些物质构成？公元前6世纪希腊哲学家泰利斯（Thales）首先提出这个问题。在此后的<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.多年里，无数哲学家和物理学家给出了众多答案，但是除了我们居住的地球，他们只能看到太阳、月亮和星星。在20世纪之前，这一直是一个令人费解的问题。今天，我们知道由太阳、行星及其卫星与环系、小行星、彗星、流星体和行星际物质构成太阳系，由<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.～<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.亿个像太阳系一样的行星系和恒星际物质构成银河系。在我们可视的宇宙内则有<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.多亿个像银河系一样的星系、星云，弥漫在星系、星云之间的是星际气体和星际尘埃。在20世纪初期，天文学家以为宇宙就是由这些物质组成的，它们悬浮在空虚的宇宙空间中。但是，当发现恒星和星系都公转得这么快时，问题就来了。例如，银河系每大约<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.亿年就要旋转一周，这使太阳公转的速度达<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.km/s。这样高的旋转速度虽然不会让我们头晕目眩，但是它能够产生足够大的离心力，把整个银河系撕裂开来。科学家通过计算机模拟证实了这一点。银河系是靠引力维系在一起的，然而银河系中可见物质的引力实在是太弱了，根本不能束缚住高速旋转的银河系。自然而然地，天文学家认识到，一定还有很多看不见的物质在施加一个额外的力把银河系成员“勒”在一起。最早发现恒星速度异常的是美国华盛顿卡内基研究院地磁系的一位年轻的女性天文学家维拉o鲁宾(Vera Rubin)。20世纪60～70年代，鲁宾正在对星系中不同位置的恒星运动情况进行研究。根据牛顿的经典物理学，位于星系外部边缘的恒星，其运动速度应当相对较慢，而位于靠近中心部位的恒星运动速度较快。但鲁宾却观察到了让她震惊不已的情形：这些星系中不同位置的恒星根本没有显示出任何速度上的差异，它们似乎都以相同的速度围绕星系中央运行。恒星速度与位置的关系如图所示。&[图片说明]：星系的旋转曲线。蓝线为实际测量结果，红线为理论计算结果。从观测结果可以看出，当恒星距离星系中心较远时，它们的公转速度几乎相同。科学作家理查德o帕内克(Richard Panek)解释说：“这意味着星系应该会被撕裂，分崩离析。因为这不符合引力理论，是完全不稳定的。鲁宾于是认定，自己一定是什么地方出错了。”但是，其他天文学家进行的重复观测证实了她的观察结果是正确的。最后，在经过大量的观测验证和计算机模拟之后，天文学家们不得不接受这样一个结果，那就是这些星系中必定存在大量我们看不到的物质。因为只有当假设我们所看到的物质只占星系全部物质的一小部分时，才能解释这样诡异的运动模式。另外，星系团里的星系也在围绕星系团中心快速旋转，也一定是这种力量使整个星系团内的星系维系在一起，所以在星系之间的空间里也一定还有更多的看不见物质。现在我们知道情况正是如此！通过计算，科学家发现，那些看得见的天体在辽阔的宇宙中只占极小的一部分，宇宙中大部分物质是看不见的。这些看不见的物质是什么？20世纪90年代中期，困惑不已的科学家们才将这些神秘物质称为“暗物质”。这种奇异物质构成了大约96%（注）的宇宙。由质子、中子和电子构成的恒星、行星、星际尘埃和生物等我们了解的物质只占剩余的一小部分。注；这个数据是根据圆周运动的规律用开普勒定律计算出来的，因为星系和星系团实际上是能量的漩涡场，它们的运动并不像行星系那样基本遵循圆周运动的规律，而且应用的是有局限性的牛顿万有引力定律公式，所以这个数据并不准确（物理学家李政道认为这个数据很可能大于99%）。但是，宇宙中有大量远小于电子、质子和中子等基本粒子的暗物质的确是不争的事实，只是其数量还未可知。最早提出证据并推断暗物质存在的科学家是美国加州工学院的瑞士天文学家弗里兹o扎维奇（Fritz Zwicky）。20世纪40年代，弗里兹o扎维奇发现，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.倍以上，否则星系团根本无法束缚住这些星系。在<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.年，他发表了这一惊人结果：在星系团中，看得见的星系只占总质量的<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.以下，而99%以上的质量是看不见的。不过在当时,由于超越时代有点远，他的结论许多人并不相信。40年来，尽管对暗物质的性质仍然一无所知，但是占宇宙物质密度大约96%的暗物质逐渐被广为接受。<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.年，美国天文学家利用钱德拉X射线望远镜对星系团<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.57-56进行观测，无意间观测到星系碰撞的过程，如图所示。他们认为星系团碰撞威力猛烈，使得黑暗物质与正常物质分开，因此此图可以作为暗物质存在的直接证据。&暗物质与普通物质碰撞的分割图<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.年1月，宇宙暗物质分布图终于诞生了！通过分布图我们看到暗物质并不是无所不在，它们只在某些地方聚集成团状，而对另一些地方却不屑一顾。其次，将星系的图片与之重叠，我们看到星系与暗物质的位置基本吻合。有暗物质的地方，就有恒星和星系，没有暗物质的地方，就什么都没有（注）。注：这个结论是通过探测暗物质的宇宙引力透镜效应得到的，由于应用的原理是错误的，它并不完全正确。其实真正的暗物质（除去暗天体）几乎均匀的充满整个宇宙，可见物质都沉浸在暗物质的海洋里。对此，下文再做详细论述。扎维奇最先提出宇宙中还隐藏着我们未知的物质，但科学界认为暗物质是爱因斯坦最先发现的。<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.年，爱因斯坦根据他的相对论得出推论：宇宙的形状取决于宇宙质量的多少。他认为，宇宙是有限封闭的。如果是这样，宇宙中物质的平均密度必须达到5×10^-30g/cm^3。迄今可观测到的宇宙的密度，比这个值小100倍，也就是说，宇宙中的大多数物质“失踪”了。科学家认为这种“失踪”的物质就是“暗物质”。以上通过引力效应来推断暗物质存在，发生在20世纪，其实早在17世纪，法国哲学家勒内·笛卡尔（Rene Descartes）就揭示了暗物质的存在。&最新的暗物质分布图笛卡尔是一个对科学思想的发展有重大影响的哲学家，为了解释物体之间的引力作用，他最先将古希腊的“以太”概念引入科学，并赋予它一种力学性质。在笛卡尔看来，物体之间的所有作用力都必须通过某种中间媒介物质来传递，不存在任何超距作用。因此，空间不可能是空无所有的，它被以太这种媒介物质所充满。以太虽然不能为人的感官所感觉，但却能传递力的作用，如磁力和月球对潮汐的作用力。后来，以太又在很大程度上作为光波的荷载物同光的波动学说相联系。光的波动说是由英国科学家罗伯特o胡克首先提出的，并为荷兰物理学家惠更斯所进一步发展。在相当长的时期内(直到20世纪初)，人们对波的理解只局限于某种媒介物质的力学振动。这种媒介物质就称为波的荷载物，如空气就是声波的荷载物。由于光可以在真空中传播，因此惠更斯提出，荷载光波的媒介物质(以太)应该充满包括真空在内的全部空间，并能渗透到通常的物质之中。除了作为光波的荷载物以外，惠更斯也用以太来说明引力现象。英国著名物理学家牛顿虽然不同意胡克的光波动学说，但他也像笛卡尔一样反对超距作用，并承认以太的存在。因为能传递各种作用，如产生光、电、磁和引力等不同的现象，牛顿认为以太不一定是单一的物质。哲学家和物理学家只能通过各种现象来推断以太的存在，它弥漫于整个宇宙，却不可探测，是实实在在的暗物质。以太可能只含有一种粒子，也可能含有多种粒子。到20世纪，在对粒子的放射性和宇宙射线的研究中，物理学家发现了更多的粒子，因此，暗物质应该有更多的种类。为了探测以太，证实它的存在，<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.年-1887年，美国物理学家阿尔伯特o迈克尔逊和爱德华o莫雷测量地球和以太之间的相对速度，进行了著名的迈克尔逊-莫雷实验。在实验中，光表现出各项同性的性质，据此物理学家认为以太其实并不存在，后来又有许多实验支持这个结论。在狭义相对论确立以后，以太终于被物理学家们所抛弃，量子力学的建立更加强了这种观点。可实际上物理学家错误地理解了以太的运动规律，所以得出了错误的结论，在下章中，再做深入地解释。无论根据引力效应还是根据光、电、磁和引力等不同的现象，都可以推断暗物质的存在。应该说暗物质的存在是可以理解的，它并不超出我们的想象力。普通物质是那些在一般情况下能被人们感知、看见、摸到或者借助仪器可以测量得到的东西，小到质子、中子、电子、大到宇宙星体，近到身边的各种物体远到宇宙深处的各种星系。普通物质总是能与光或者部分波发生相互作用或者在一定的条件下自身就能发光、或者折射光线，具有可以被探测的性质。但是你想象一下，如果物质的粒子比电子还小，例如夸克、中微子、伦琴射线粒子、伽玛射线粒子和宇宙线粒子，而且是静止的，它们就不会有基本粒子那样的物理、化学性质。暗物质粒子正是这样，它实在是太小了，所以在物理学上用光的手段绝对看不到暗物质，不管是电磁波、无线电还是红外射线、伽玛射线、X射线这些统统都毫无用处。另一方面，感知任何物质都需要借助于某种媒介，我们无法探测到暗物质是因为它正是我们探测其它物质的媒介。但是，暗物质只是相对于人类目前的科技水平而言的，不同种类的暗物质也一定具有不同的物理、化学性质，只是超出目前人类的认知能力，我们还不知道而已。比如，中微子是目前科学界唯一确认的一种暗物质，对其性质，人们已经有了一定的了解。而在20世纪50年代之前，人类对它还是一无所知。其实X射线粒子和伽玛射线粒子也都是暗物质，只是目前科学家错误地认为它们是“光子”。相信随着人类对自然真相的探索，科技水平不断提高，观测能力持续深入，以太和暗物质的真面目必将被逐步揭开，总有一天，它们将不再是“暗物质”。在组成宇宙的物质中不但有可见的、熟知的物质，还有我们目前不可见的、知之甚少的暗物质。&第二节&星系运动的力学原理星系主要由暗物质构成，我们可见的物质只占一小部分，那么作为宇宙基本组成单元的星系，它有着什么样的运动原理呢？仅依靠已知的可见物质和暗物质，其运动仍然无法得到合理的解释，于是科学家猜想一定有未知的能量在驱动着可见物质和暗物质的运动，这种能量被叫做暗能量。在此后的研究中，按照假设的星系模型，科学家们通过各种观测和计算证实，暗能量在宇宙中占主导地位，约占73%（注），暗物质占近23%，我们所熟悉的物质仅约占4%。所以宇宙的运动不是由我们所熟悉的物质来推动的，而是由暗能量来推动的。太阳系和银河系的运动都是旋涡型的，所以，暗能量必定以一种旋涡运动的形式存在，以便推动它们的这种运动。结果，在暗能量运动的范围内就会形成一种旋涡场，我们称之为暗能量旋涡场，简称为旋涡场。注：从引力效应来讲，暗能量也是一种物质。同时，为了同宇宙暴胀理论相适应，暗能量还被认为是一种充溢空间的、具有负压强的能量，这种负压强在长距离类似于一种反引力，它与重力相反作用，撕裂宇宙，导致了宇宙的加速膨胀。尽管我们对难以捉摸的暗能量仍然了解不多，也无法解释清楚其作用机理，但是这种学说已被主流科学界所接受。对于暗能量，华盛顿大学西雅图分校的天文学家克雷格o霍根说道，坦率地说，我们并不了解它，但我们知道它所起的作用。依靠暗物质和暗能量这种神奇的宇宙力量，运用圆周运动的力学原理，星系的运动似乎可以解释清楚了，可是事实并不如此。欧洲航天局的XMM牛顿天文望远镜最近捕捉到了古老的遥远星系团发出的X射线。科学家对此进行分析后得出了这些古老星系团中炽热气体所占的比例。他们将这些数据与距地球最近也就是最年轻的星系团中炽热气体所占比例进行了比较，结果发现二者没有差别。科学家认为，只有假设宇宙中没有暗能量才能解释这一现象。就这样，通过对遥远星系团发出的X射线进行观测和分析，欧洲航天局的科学家得出了与暗能量理论不符的结果；加利福尼亚大学和密歇根大学的数学家布莱克o坦普尔(Blake Temple)及约尔o斯穆雷(Joel Smoller)也说，他们提出的全新计算结果并不需要这种具有争议性的物质。在民间，也有众多天文学爱好者对暗能量理论提出质疑。笼罩着星系的困境依然迷惑着天文学家。我认为依靠推理得到的暗能量将天文学家带入困境，不依靠它，我们的观测也完全可以有另外的解释。这需要抛弃恒星是在中心引力的作用下做圆周运动的力学模式，认识到星系是物质和能量的漩涡场。在人类文明史上，人类对宇宙的了解由近到远，由浅入深。通过观察月球的运动，首先认识到月球在围绕地球运动。在最初几千年的文明史上，人类一直直观的认为日、月、星辰都是围绕地球转动的。直到16世纪，经过波兰天文学家哥白尼、意大利自然科学家布鲁诺和意大利物理学家伽利略艰苦卓绝地抗争，人类才认识到地球在围绕太阳运动。后来的牛顿力学为这种运动提供了理论依据。近代，当对星系有了一定的了解，知道恒星在围绕星系中心运动之后，圆周运动的力学原理又被应用在了星系的运动上。这种应用虽然顺理成章，却仅是一种思维惯性，它面临种种无法解释的矛盾：1，圆周运动要求系统的质量集中在系统的中心。科学模拟实验也认为星系中心附近的暗物质密度会骤然升高，但天文观测活动发现，星系的质量并不集中在星系的中心，它几乎均匀地分布在整个星系，中心只是稍微密集一些而已。2，在行星系和卫星系，行星和卫星遵循近似圆周运动的规律（开普勒三定律），轨道半径不同就有不同的轨道速度对应着，速度差别很大。恒星的公转与行星和卫星不同，并不遵循圆周运动的规律。它们的速度从里到外差别很小，根本没有显示出任何速度上的差异，它们似乎都以相同的速度围绕星系中央运行。3，在同一个向心力的作用下，无论行星还是卫星都严格地处在赤道面上。比如行星环，它们正是由无数小卫星聚集在同一个平面上形成的。而在星系或星系团中，恒星或星系等系统内物质都处在一个扁圆形空间内。等等。这些不协调说明，恒星和星系的运动并不被圆周运动的规律所主导，它们有着完全不同的运动规律。那么，恒星到底有着什么样的运动规律呢？近代，随着观测技术的进步，借助于卫星和天文望远镜，科学家对飓风和星系进行了观测，并对它们的图像进行记录。通过对图像的比较可以发现:星系与飓风具有惊人的相似性，这让人深思：它们的运动原理是否才是一样的呢？为了分析星系的运动原理，下面，我们选取两组具有一定代表性的的图像。第一组& & && & & & & & & & & & &飓风云图&&&&&&&&&&&&&&&&星系图第二组&&& & & & & & & & & & & &飓风云图&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&星系图通过上面两组星系云图和飓风云图的比较，可以发现，它们具有惊人的相似性。这种相似性应该引导着我们去深思：它们的运动原理是否也是一样的？为了回答这个问题，下面对它们进行深入地了解。1，物质组成大气层包裹着整个地球，飓风在大气层中生成，它由不可见的暗物质、空气和可见的云组成。整个宇宙空间充满暗物质，星系在其中生成，它由不可见的暗物质、星际气体和可见的星云、行星和恒星等天体组成。2，能量汇聚水蒸气冷凝释放出的热量加热了空气，使飓风中的能量高于外部空间，这些能量使气体形成能量旋涡场，它驱动着云形成可见的飓风。星云中物质产生的核子反应释放出能量，这些能量加热星云气体和暗物质，星云的聚集过程也是能量汇聚的过程，星云中的能量也肯定高于外部空间，这些能量使暗物质和气体形成能量旋涡场，它驱动着可见物质去旋转。3，形成过程最初，海洋表面的暖湿空气上升，形成少量的云。上升的空气又被海水表面更温暖潮湿的空气所替代，如此不断地将热量和水蒸气向大气中转移。这种交换使能量不断汇聚，云的数量不断增多，逐渐地，这团充满能量的空气在地转偏向力的触发下形成漩涡场。尽管人们还不是完全理解飓风形成的整个过程，但飓风就这样形成了。整个宇宙充满暗物质，最初，构建星系的原生物质氢核和氦核几乎均匀地分布在整个宇宙，沉浸在暗物质中。后来，氢核和氦核形成了各自的原子，原子间的引力也终于大于扩散压力，由大量的这种原子组成的低温气体逐渐汇聚，形成一个个物质密度较大的原始星云。同时，在星云中又发生局部的凝结，形成气体团。气团在自身的重力作用下继续收缩，成为稠密星体卵。不久，其开始发出明亮的光，一颗恒星就这样诞生了。星云在引力的作用下继续向中心聚集，并在星云引潮力的触发下开始形成能量漩涡场。整个星云最终演化成星系。以上是原始星系的形成过程。第二代星系及以后的星系与之类似，只不过在星云中含有大量的由恒星爆炸产生的星际尘埃和含金属的石质小天体。4，运动模式虽然在星系中心的恒星以极高的速度运动-每小时几百万英里，可是环绕星系中心的天体，在轨道上的速度并不由与中心的距离和星系质量的分布来决定。比如银河系，在离开核心凸起到外围的范围内，恒星的典型速度是<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:Cmso-fareast-font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.～<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:Cmso-fareast-font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.km/s。这与行星系不同，在太阳系，距离不同就有不同的轨道速度对应着。恒星的公转与行星和卫星不同，并不遵循圆周运动的规律。这一点也完全像飓风，只在风眼周围有极高的速度，中心外围和飓风外围的速度差别并不是很大。5，形态它们最大的相似点就是具有基本一样的形态。在物质分布上，星系和飓风基本一样，成圆饼状。它们都具有一定的厚度，这不像行星和卫星，因为受向心力的作用，遵循椭圆运动（近似圆周运动）的规律，它们的质心基本处在赤道面上。例如行星环，基本处在一个平面上。通过以上比较，可以发现：星系与飓风具有诸多相似性。这种相似性也一定引起过你的注意，只是不知是否引起过你的思考。在各种科学论坛中，我就看到有一些天文学爱好者发表自己的见解，通过这种相似性将星系的运动原理与飓风进行关联，只是我的理解与他们有一定的差异。飓风既有肉眼不可见的物质-暗物质和空气，也有可见的物质-水滴构成的云，而且空气的质量远超过云的质量。同样，星系既有不可见物质-暗物质和气体，也有可见物质-尘埃、行星和恒星等，暗物质的质量也远超可见物质的质量。水蒸气冷凝释放出热量，这些能量为飓风提供动力，飓风实际上是由风携带着云的运动。星系的形成与飓风类似，星云中原始粒子聚合成气体物质粒子的过程要释放出能量，恒星的燃烧也要释放出能量，这些能量为暗物质和气体的旋转提供动力，暗物质和气体形成的漩涡场挟带着星云运动。整个宇宙充满暗物质，在引力的作用下，气体和尘埃在其中汇聚，形成星云，星云逐渐演化成星系。这个过程和飓风基本一样。通过以上分析可以知道：它们的物质组成、能量汇聚、形成过程、运动模式和形态等都具有相似性。这一切启示我们：尽管我们对飓风的原理尚不完全理解，但是，它们的运动原理完全可以是一样的。冷凝或核子反应产生的能量促使不可见的气态物质形成能量漩涡场，这种涡流再驱动着可见物质运动，形成飓风和今天我们可见的星系。下图为星系NGC4921，它是一种罕见的旋涡星系，被科学家形象地描述为“贫血”星系。由于该星系几乎不诞生新恒星，物质主要以气体和尘埃的形式存在，因此呈现出可怕的半透明状态。观察此图可知：该星系应该处于星系的早期阶段，气体和尘埃还没有来得及凝聚以形成大量的恒星。从图像上看，它更像飓风，是星系与飓风具有相同运动原理和模式的一个更明显的证据。&从图像中还可以看出，该星系的能量主要来自于中心部位，它同大星系的中心区域非常相似，自转速度也很快。相信随着能量的消耗，该星系的自转将逐渐变慢，随后气体和尘埃逐渐形成恒星，清晰的旋臂也逐渐形成，从而进入漩涡星系的稳定阶段，并继续进行着星系的演化。飓风是在大气中形成的能量漩涡场，它是流态物质运动的一种基本形式，无论在地球、火星大气中还是在木星大气中，也无论是依靠温暖潮湿的水蒸气提供能量还是依靠太阳的辐射或燃烧的火场提供能量，只要满足相应的条件，它就能形成，这说明它的形成在宇宙中具有普遍性；星系是在宇宙暗物质中形成的能量漩涡场，现代观测表明，它的存在也具有普遍性，它是组成宇宙的最基本的单元，是宇宙物质运动的基本形式。星系是能量的漩涡场，这和星系是暗能量漩涡场的理论有相似之处，只是它运动的力学原理同飓风一样，而不是遵循圆周运动的规律。这不但解释了上面提到的3个矛盾，也驱散了以下疑云：1，<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:Cmso-fareast-font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.年，美国天文学家塔里和费舍尔利用中性氢的21厘米谱线的多普勒展宽测定了10个近距离漩涡星系的自转速度，发现它们与绝对星等密切相关。绝对星等是根据视星等和利用造父变星测定的距离计算出来的。到<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:Cmso-fareast-font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.年，美国天文学家麦高通过对47个星系进行观测，进一步确认宇宙中存在着这项奇特的定律。不管是漩涡星系还是不规则星系，星系的总体质量似乎总是与其所容纳的恒星的速度形成一种恒定的比例关系，即前者于后者的四次方成正比。这项定律被叫做塔利-费舍尔定律。这一定律与将近80年前提出的暗物质是不兼容的。因为这一定律仅仅依据有形物质的属性来描述恒星的运动，或者这意味着暗物质在不同类型星系内部的分布应该是非常均匀的。然而，这与标准模型的预言恰恰相反。2，美国普里斯顿大学的天体物理学家皮波尔斯发现在宇宙的一片密度极低的区域中形成的星系比模型预言的要大得多。3，一个德、美联合研究组在<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:Cmso-fareast-font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.年11月发表了一份研究报告，报告显示我们发现了越来越多的无核星系，然而根据标准模型，这样一种恒星分布密度极高的区域应该集中在绝大多数漩涡星系的中心----比如银河系。4，法国天文学家孔布说：“标准模型预言有大约<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:Cmso-fareast-font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.个卫星星系围绕着银河系旋转，然而我们只观测到15个。也许还能再发现几个，但绝对没有<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:Cmso-fareast-font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.个那么多！”就像德国马普研究所的天文学家、标准模型的著名专家怀特所透露的那样：“一项决心描绘整个世界的理论必须能够对这个世界中的每一个事物作出解释，而目前，宇宙学标准模型还做不到这一点”。这说明我们的宇宙学标准模型其实是错误的。认识到星系是能量的漩涡场，其物质的运动遵循漩涡运动的力学原理，以上所有观测到的现象就会变得非常容易理解。1，在飓风中，云的数量越多，气团规模越大，就能提供更多的能量，飓风往往就越猛烈。在星系中也理应如此，表现为可见物质的质量越大，恒星数量越多，就能提供更多的能量，转速就越快。另外，暗物质在不同类型星系内部的分布也的确是非常均匀的，目前的天文观测已经证实了这一点。2，在飓风形成的初期，云的数量相对稀少，而且范围相对辽阔。星系也是如此，并不完全依靠中心引力来束缚星云和恒星，使其绕星系中心公转，所以可以弥漫大得多的区域。3，漩涡场的中心可以是空的，比如飓风的中心，就是一个空洞。如果认为飓风的旋转是依靠来自中心的引力，这当然是非常错误的，可悲的是这个错误出现在人们对星系的认识中。因为遵循漩涡运动的力学原理，星系的运动并不完全依靠来自中心的引力，所以它的中心也可以是空的。越来越多的无核星系正说明了这一点。4，在宇宙大尺度上，星系与星系之间相互作用的引力场被其他星系的引力场湮灭，星系内部物质的引力场也存在着自我湮灭，这让星系之间的引力被极大地削弱，所以银河系能够束缚的卫星星系要比依靠牛顿万有引力定律建立起来的标准模型预言的少。对此，详细地论述见以下章节。尽管飓风近在我们眼前，且频繁产生，但是对飓风形成的整个过程，人们目前尚且还不是完全理解。目前，科学界对于星系演化过程的理论，更只是一个学说，但是可以肯定的是：整个宇宙充满暗物质粒子组成的“大气”，像云悬浮在大气层中一样，可见物质形成的星云也悬浮在暗物质和星际气体之中。对飓风和星系的了解启示我们：尽管规模差别巨大，但是，星系完全可以和飓风具有相同的运动原理，它们都是能量漩涡场。星系是物质和能量的漩涡场，它的这种漩涡运动已经被观测所证实。<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:Cmso-fareast-font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.年1月，天文学家们发现，有无数肉眼看不到的黑暗物质形成了宇宙黏合剂，它们通过引力像蜘蛛网般包围银河系，联系起所有物质，构成银河系乃至整个宇宙。据悉，多国天文学家用了5年时间研究发现，可见物质如星系、恒星，是随着肉眼无法看见的黑暗物质路径，在其产生的万有引力拉动下形成，数以十亿计的星体因此得以聚集，形成银河系。研究还显示，星体能生存数十亿年，是依靠黑暗物质的万有引力维持的。这项发现进一步说明，像飓风中的云一样，星云并不是在中心引力的作用下做圆周运动，它们是被旋转的不可见物质拖动着。星系或星系团与行星系统或者卫星系统不一样，它们的运动和存在并不完全依靠来自中心的引力来维持，而是依靠万有引力的拖动。对此，详细的力学论述见以下章节。在飓风中，云的运动正是靠着这种拖动。只是云靠的主要是空气的摩擦力和冲击力，而星云靠的主要是暗物质的引力和电磁力。另外，通过星系的旋转曲线图可知，在位置与速度的关系上，星系中恒星的情况同飓风中水滴或沙尘的情况完全一样。所有的证据都显示星系与飓风具有相同的运动原理和模式。在飓风中，是空气驱动着云去运动。如果空气没有运动，云的运动就不可能产生。云由微小的水滴组成，空气由更加微小的气体分子组成，即使云的运动能够产生，由于摩擦作用，它也会带动着空气去运动。同样，在星系中，是暗物质和气体驱动着可见物质的运动。如果暗物质和气体没有运动，可见物质的运动也不可能发生。即使上帝给了它们第一推动力，在暗物质的阻碍下，它们的运动也不可能保持几十亿年，让今天的我们看到。可见物质会在阻力的作用下迅速坍塌，即使上帝具有足够的耐心，给它们以持续的推动力，由于物质之间的引力牵引和摩擦作用，运动的星云也会带动着暗物质去运动。作为庞大的天体系统来说，星系也有其形成、发展到衰亡的演化过程，这个过程是由不规则星系到旋涡星系再到椭圆星系。这种形态上的差别只代表它们演化阶段的不同，同飓风中的空气一样，在各类星系中，暗物质应该同可见物质一样在运动。那么，暗物质的本质究竟是什么？科学界一个比较流行的观点认为，暗物质是由一种奇异的物质粒子组成的，这种粒子不会和常规物质发生反应，甚至和光也不会产生相互作用（事实的确如此，它是光能量的载体），因此是看不到的。但它却和常规物质一样具有质量，因此会对周边的其他物质产生引力影响，这就是为什么它会造成星系中恒星运动的异常，以及宇宙中其他不同寻常的现象。为了寻找暗物质，并检验其本质，仅本世纪以来，国际上就相继开展了20多个暗物质探测实验。近几年来，意大利DAMA/LIBRA实验，美国CoGeNT和CDMS两个实验，以及德国CRESST实验先后宣称发现了疑似轻质量暗物质的信号。这些信号引起了科学界和公众的强烈兴趣，但在对所获得的数据信号进行高精度地验证时，测量结果和其他实验所发现的轻质量暗物质疑似信号不兼容，因此，结果总是令人沮丧！尽管40年来科学家们奋力工作，可是他们至今仍然无法搞清楚“暗物质的本质究竟是什么？”这一问题。认识到暗物质以太的存在，借助于以太学说和星系的漩涡场模型，我们可以这样认为，①暗物质是那些比基本粒子还小的物质粒子，它们像气体一样几乎均匀地分布在整个宇宙空间，其中有一种或者几种可以传播光、电磁波和引力波；②像云沉浸在空气中一样，可见物质-已知的基本粒子-也沉浸在暗物质“大气”之中。物理学家们进行的长期搜寻工作仍然无法捕捉到这种奇异粒子的任何蛛丝马迹，甚至连根据其理论性质设计的专门实验也未能找到它的身影，这是因为他们利用暗物质和探测器的直接碰撞来寻找暗物质，他们错误地理解了暗物质的性质和状态。我们将暗物质比作是“大气”，是因为从形态上看，暗物质更像是气体，但从整个宇宙空间来看，考虑其动力学性能，暗物质就比较像液体。如果将宇宙空间中暗物质的形态比喻为“液体”，以上观点就同一个最新理论相适应，该理论认为，时空本身可能是一个“液态超流体”（liquid superfluid）。“时空是一个流体”的提法并非最近才出现，这一理论被称为“超流体真空论”（SVT），在半个世纪前就已问世。但最近，意大利国际高等研究院（SISSA）的研究员里贝拉蒂、慕尼黑路德维希-马克西米利安大学的科学家马切诺尼首度解决了这一液体中的黏度问题。换句话说，科学家第一次制定了这种液体究竟该有多“稠”——结果表明，其稠厚的程度几乎为零。在20世纪初，科学家毫不犹豫地将“以太”抛弃，但该新理论是以太学说的一个有力支持。暗物质以太完全可以表现出这种“超流体”的性质，只是其稀薄的稠度让我们在小空间内无法感觉到它的存在，只有在巨大的星系空间内，我们才能看到其引力作用所产生的影响。当然，其稀薄的稠度也让我们在低速状态下无法感知其存在，正像在空气中，低速时空气的阻力并不明显一样。我认为，要想感知暗物质极低的稠度所带来的阻力作用，也许应该将速度的级别提高到光速。这样，外星智慧或未来人类在进行星际和星系际飞行时应该会面临这个难题。暗物质虽然极其稀薄，但因其充盈整个宇宙空间，因而质量巨大，它是可见物质运动的动力之源。同为物质和能量的漩涡场，飓风可以帮助我们更好地了解星系和宇宙。&第三节 宇宙物质的运动规律为了找出的温度之间的微小差异，以帮助测试有关宇宙产生的各种理论，2<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:Cmso-fareast-font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.年6月30日，威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心发射升空。在测量宇宙微波背景辐射的同时，WMAP还证实了有一片“中微子海”弥散于整个宇宙。中微子是目前科学界唯一得到证实的一种暗物质，如果认识到暗物质有不同的种类，就可以知道，“中微子海”其实就是暗物质的海洋，它由不同种类的暗物质粒子组成。通过精确地测量，WMAP告诉我们暗物质无处不在，它弥散于整个宇宙。那么宇宙中的可见物质和暗物质有着什么样的运动规律呢？现在我们来具体看一下宇宙中天体分布的层次结构和旋涡运动。离我们最近的天体—月球—是绕地球转动。地球-月球系统和其它行星-卫星系统又是绕太阳转动。这些在<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:Cmso-fareast-font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.年爱因斯坦开始试图根据广义相对论方程推导出整个宇宙的模型时就已经知道。而太阳系和银河系中众多的其它行星系统则是绕银河系中心转动。这个宇宙层次中的天体的层次分布结构和旋涡运动，在爱因斯坦时代，天文学家并不知道，现在，天文学家已经有了比较精确的认识和描述。太阳系距银河系中心约<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:Cmso-fareast-font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.万光年，绕银河系中心的运动速度约为<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:Cmso-fareast-font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.km/s。运转一周要<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:Cmso-fareast-font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.亿年之久。银河系中其它恒星也像太阳一样绕银河系中心运转。这就是说银河系也有自转。银河系除了自转之外，作为一个整体还朝着麒麟座方向以<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:Cmso-fareast-font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.km/s的速度运动。观测表明，在星系团的尺度上，也就是一千万光年到一亿光年尺度上，天体分布是这种阶梯状，但再往上就没有这种现象了，星系团在空间的分布是均匀的。不过，以美国天文学家Go伏库勒为代表的少数人认为，在一亿光年以上也是这种阶梯状分布，只是目前观测能力不够和我们的视界有限，所以没有发现这种现象。更大层次的结构和旋涡运动目前天文学家的认识和描述还不是很精确，大概的情况是：我们所在的银河系和相邻的大约超过50个星系组成本星系团（因为成员星系数目较少，有时也被称为本星系群）。本星系团和相邻的其它星系团组成本超星系团。银河系在本超星系团的边缘附近，距离边缘二三百万光年。本超星系团的所有成员星系都在围绕着本超星系团中心作公转运动，银河系的公转周期大约是<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:Cmso-fareast-font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.亿年。另外，有趣的是，有迹象表明，星系在超星系团的层次上分布呈泡沫状。即有许多看不到星系的“空洞”区，这些“空洞”在天文学上被称为“巨洞”，它们体积巨大，有些直径可达3亿光年，其中除了暗物质外几乎空无一物。而星系聚集在“巨洞”的壁上，呈纤维状或片状结构。如下图所示：&从朴素的观点来推理，超星系团包围的一个个巨洞应该是更大一级漩涡场的组成单位。也许有这样一种持续的阶梯组成，直到整个宇宙。目前天文观测范围已经扩展到<span .="mso-spacerun:'yes';font-family:Cmso-fareast-font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000mso-font-kerning:1.亿光年的广阔空间，它称为总星系。各种观测和推理显示：总星系作为我们可视的宇宙应该只是整个宇宙的一小部分。根据天文观测资料和物理理论描述宇宙的具体形态，星系的形态特征对研究宇宙结构至关重要，从星系的运动规律可以推断整个宇宙的结构形态。而星系共有的圆形旋涡结构应该就是整个宇宙的缩影，那些椭圆、棒旋、透镜等不同的星系形态只是因为星系年龄或者观测角度不同而产生的视觉效果。奇妙的漩涡形态还是自然界中最普遍、最基本的物质运动形式。这种漩涡现象对于认识宇宙形态有着重要的启迪作用，大至旋涡星系，小至行星系、卫星系甚至DNA分子，都是在这种螺旋线中产生，引力则是它们相互关联的纽带。在引力造成的旋转中，大自然并不认可笔直的形式，自然界所有物质的基本结构都是曲线运动方式的圆环形状。从原子、分子到星球、星系直到星系团、超星系团无一例外，毋庸置疑，浩瀚的宇宙也可能就是一个大旋涡场。宇宙中天体的分布具有层次结构，在每个层次上都做着旋涡运动。那么弥漫整个宇宙的暗物质呢？旋涡运动的规律告诉我们它理应同样做着旋涡运动。飓风做着漩涡运动，在飓风中，云和气体在做旋涡运动时，速度从中心到外围逐渐减小，直到零。外围的气体不再做旋涡运动，而是随整个飓风一起运动。在宇宙结构的不同层次中，暗物质和气体具有同样的运动规律。在行星系统和卫星系统，天体不遵循旋涡运动的规律，在中心引力的作用下主要遵循近似圆周运动（椭圆运动）的规律。但是，同天体一样，暗物质和气体也做着圆周运动，从整体上看依然像漩涡一样，运动从中心到外围逐渐减慢。在卫星系的层次上，像卫星一样，暗物质和气体在围绕行星转动时，从中心到外围速度逐渐减小，直到不再转动，而是随着卫星系统一起围绕中心恒星转动。对此，我们应该很容易理解，因为我们就生活在一颗拥有大气的行星上，生活在这样的环境里。大气的运动状态可以帮助我们认识到暗物质的运动状态。在行星系统的层次上，情况同样如此。像行星一样，暗物质和气体在围绕恒星转动时，从中心到外围速度逐渐减小，直到不再转动，而是随着行星系统一起围绕星系中心转动。在星系这个层次上，物质主要遵循漩涡运动的规律，暗物质和气体的运动从星系中心到外围逐渐减慢，直到不再围绕中心旋转，而随星系一起围绕星系团的中心旋转。在更大宇宙尺度的层次上都是如此，也许直到整个宇宙。至此，对宇宙物质的层次结构和运动规律我们应该很清楚了。无论在卫星系统、行星系统、星系和星系团，还是也许整个宇宙，它们都在做着漩涡运动。如果假设暗物质静止，我们可见的物质—星云—在其中穿行，这将是完全错误的，它违反了宇宙中物质运动的规律。
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