两轮两云到两暗

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1、两轮两云到两暗作者:沈致远日期:2003.12.10版次:11两轮两云到两暗     ■沈致远    马克思说：历史有时表现出惊人的相似性，证诸科学史，此言不虚。这里借“两轮”和“两云”的故事，说说对“两暗”的看法。    两千多年前，古希腊天文学家托勒密（ClaudiusPtolemaeus，约90——168）以地心说解释天象，提出均轮、本轮之“两轮”说，认为众星均由东向西绕地作圆周运动，其轨道称为均轮，这对恒星而言大致与观测结果相符。但对行星就出毛病了，行星在天穹上的视觉轨道有时会出现由西向东的逆行。为了维护地心说，托勒密在行星的均轮上加本轮作修正，而且越加越多，竟用了8

2、0个本轮才和当时的天文观测数据勉强凑合。地心说的两轮体系带有明显的人为性，但却被罗马教廷奉为金科玉律。    一千五百年后，哥白尼（NicolausCopernicus，1473－1543）提出日心说，以地球自转和行星绕日公转自然地解释了观测到的星家，根本不需要什么均轮本轮，其简单明了远胜地心说的两轮体系。但他慑于教延之威势不敢公开，临终时才在病榻上签字发表。七十年后伽利略利用望远镜观察到金星的盈亏现象，给地心说以致命一击，确立了日心说，两轮体系终于被摈弃。    回顾这段历史可见，如理论的基本出发点错了，不管怎样拼凑粉饰终难免失败，即使假上帝之威也无济于事。    十九世纪

3、末，以牛顿力学和麦克斯韦电磁理论为支柱的经典物理学登峰造极，科学家得意之余未免踌躇满志。1899年除夕，英国物理学家开尔文（WilliamThomsonKelvinl1824——1907）在欧洲科学家集会上发表新年祝词，他回顾了物理学取得的伟大成就后说：大厦已经建成，所剩下的只是一些修饰工作。但在物理学晴朗的天空中有两朵乌云，一朵是迈克尔孙的光速实验结果与当时流行的“以太”说相抵触，第二朵是经典黑体辐射理论的“紫外发散”与实验不符。这就是科学史上著名的“两朵乌云”，是为“两云”。    曾几何时，两朵乌云均化为倾盆大雨。1900年德国物理学家普朗克提出能量的量子化概念，得出了

4、与实验相符的黑体辐射理论，不仅消除了紫外发散，并且奠定了量子论的基础。1905年爱因斯坦发表狭义相对论，解释了迈克尔孙的实验结果，否定“以太”的存在，揭示出时空的性质，并提出著名的“质能相当原理”，为原子能的利用提供了理论根据。量子论和相对论成为二十世纪物理学的两大支柱，并且衍生出许多重要的应用。开尔文虽然也受到当时对经典物理学成就过分夸大的影响，但他提出的“两云”却成为新物理学发展的契机。科学是在不断揭露和解决矛盾中发展的，就是从这段历史中得到的宝贵经验。    “两轮”和“两云”的历史相似性在于：科学家的思想往往带有惰性，沿老路走惯了，即使遇到障碍也不敢逾越；而胜利则属于

5、敢另辟蹊径的勇者。    时序又流逝了一百年，二十世纪末又有人对科学的成就踌躇满志，著书宣扬“科学的终结”，这可比百年前的“大厦已经建成”走得更远。但吃一堑长一智，响应者寥若晨星，想学开尔文者却大有人在。   2003年2月1日美国太空总署公布了威尔金森微波各向异性探测卫星（WilkinsonMicrowaveMisotropyProbe，简称WMAP）的观测结果，天文物理学家据此推算出：原子等通常物质只占宇宙中所有物质的4.4％，其余是22.6％的“暗物质”和73％的“暗能量”。换言之，宇宙中95％以上的物质是看不见的怪物。暗物质和暗能量这“两暗”的提出，不禁令人回想起百年

6、前的“两云”。    提出暗物质假说是为了解决恒星超速与星系引力不足的矛盾。天文学家观测到位于星系边缘的恒星速度过大，所产生的离心力如不能被其所受之引力抵销，恒星会从星系中飞走，星系就无法维持。但计及星系中的全部可见物质，仍远不足以产生所需要的引力。于是假设一种暗物质，它像普通物质那样产生引力，却无法被看到。暗物质究为何物？至今仍众说纷纭。    提出暗能量假说是为了引入反引力以解释宇宙加速膨胀。美国天文学家哈勃（EdwinHubble，1889——1953）观测到遥远星体光谱的红移，发现宇宙在不断膨胀。最近的天文观测又发现宇宙在加速膨胀。这就产生一个问题；是什么力量在推动宇

7、宙加速膨胀？天文物理学家假设存在一种与引力方向相反的反引力，它具有能量但看不见，故称为暗能量。根据质能相当原理，暗能量也具有质量。暗能量是何方神圣。科学家也说不清楚。    如今之“两暗”比当年“两云”更神秘，结局如何尚难逆料。    一种可能是“众里寻他千百度，蓦然回首”，科学家终于在星火阑珊处找到了暗物质和暗能量，那当然是科学的大突破，肯定会对物质、能量、真空和时空结构之本质有更深入的理解。再者，弥漫整个宇宙的暗能量如能加以利用，那可比原子能更充沛。    另一种可能是“柳暗花明又一村”，科学家有新