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「暗流體理論」能否照亮暗宇宙?

如果將可觀測的宇宙稱之為明宇宙、或宇宙,那麼不可觀測的宇宙就是「暗宇宙」,可見的物質和能量組成了宇宙,而不可見的物質和能量組成了「暗宇宙」。物理學家將不可見的物質稱之為「暗物質」,將不可見的能量稱之為「暗能量」,暗物質和暗能量組成了暗宇宙。物質和暗物質的引力、輻射能量和暗能量的「斥力」具有同等的性質、或物質和暗物質的引力、輻射能量和暗能量的斥力符合哲學屬性論的「等效原理」。如果暗物質和暗能量是真實存在的,那麼它們是「真暗物質」和「真暗能量」,反之,暗物質和暗能量則是「假暗物質」和「假暗能量」。英國牛津大學的學者傑米·法恩斯在《天文學和天體物理學》雜誌上發表了一種新奇的「暗物理學」理論,他不是提出一種新形態的暗物質和暗能量,而是提出了一種看不見的「暗流體」,這種假想的暗流體遍布整個宇宙的時空,將我們的身體「包裹」起來。在「暗流體」的內部存在相互排斥、而不是相互吸引的作用,可見物質的萬有引力和不可見流體物質的「萬有斥力」符合哲學功能論的「反等效原理」。為了用暗流體的「斥力」解釋宇宙的大膨脹,我們判斷法恩斯博士會給出一個假定:暗流體的斥力大於可見物質的引力,就像宇宙學家假定暗能量的排斥力大於物質和暗物質組合的引力一樣。

「暗流體理論」挑戰了宇宙學的主流——暗物質和暗能量理論,該理論以計算機和數學模型為基礎,沒有得到天文觀測和物理實驗的證實,我們現在不能判斷「暗流體理論」將取代暗物質和暗能量理論。法恩斯理論的奇特之處在於,僅用一種「暗流體」就可替代暗物質和暗能量的兩種假定,該理論排除了暗物質和暗能量單獨的作用方式,法恩斯認為暗流體具有負質量物體的負引力、或負重力效果,這種反向作用力不是將流體物質「拉過來」,而是將它們「分開去」,暗流體發出了「負質量物體」的反作用力,就像可見物質發出了「正質量物體」的作用力,暗流體的「負質量」和反作用力與可見物質的正質量和作用力符合哲學本質論的「反等效原理」。法恩斯這樣解釋暗流體,「我們現在認為,暗物質和暗能量可以統一成一種具有某種「負重力」的流體,這種流體會排斥周圍所有的其它物質,這表明了我們的宇宙在正負兩個方面都是對稱的。」暗流體理論既解釋了宇宙的膨脹現象,也解釋了在我們的可觀測宇宙中普通物質不足的問題,「二合一」的暗流體作用力與廣義相對論相容。如果一個暗流體理論能夠替代兩個暗物質和暗能量理論,那麼能省則省,法恩斯「一箭雙鵰」的理論符合理論建構的「費力最小原則」。

天文學家在上個世紀的三十年代提出了「暗物質」假設,他們在天文觀測中發現,組成星體和我們人體的可見物質僅占宇宙成分的不到5%,其餘不可見的暗物質和暗能量佔到宇宙成分的95%,暗物質維持了星系的穩定,為星系內恆星圍繞星系的旋轉提供了更大的引力。天文學家在上個世紀的九十年代提出了「暗能量」假設,暗能量的排斥力推動了宇宙的加速膨脹,星系相互分離的速度與它們之間的距離成正比。科學家在過去的數十年儘管提出了各式各樣解釋「迷失的暗物質」和「迷失的暗能量」的理論,但是,只有「修正引力」和法恩斯最近提出的「暗流體理論」比較成功地用一個精緻的理論融合了兩個「單打獨鬥」的理論體系,我們因此說「修正引力」和「暗流體理論」符合哲學統一論的「等效原理」。法恩斯認為,「暗流體」的排斥力將宇宙星系彼此推開,它的「反引力」特性在我們看來就像「暗能量」一樣。暗流體的「負物質性」是一種理論假設,它們在宇宙的普遍性就像暗能量,這種時空的暗流體也許就像泡沫、或爆米花,更多的負質量流體物質不斷湧現,負質量流體的「增量」特性在我們看來就像「暗能量」,暗能量的平均密度沒有隨時間的流逝而下降,這說明暗能量的總量隨空間的膨脹而不斷增加。法恩斯需要假定「暗流體」隨時空膨脹而增長,但是,主流的暗能量理論和法恩斯的暗流體理論都不能說明暗能量和暗流體「增量」的來源,兩者的來源符合哲學未知論的「等效原理」。

牛津大學的法恩斯博士用暗流體理論預言了星系中「暗物質暈」的形成,這和天文學家的觀測結果相一致,在我們銀河系的周圍存在大量的暗物質暈,它們可能是銀河系中「迷失的物質」,如果沒有暗物質暈,那麼銀河系外圍的恆星不可能以目前的速度繞太陽旋轉。然而,法恩斯對暗物質暈的預言似乎與暗流體理論「自相矛盾」,既然暗流體替代了暗物質,法恩斯似乎應該預言「暗流體暈」在星系周圍或星系中心的存在,不能「左腦」將暗物質「請出去」,「右腦」將暗物質「請進來」,對「暗物質暈」的預測似乎多此一舉,但是,法恩斯用暗流體解釋了星系中恆星的快速旋轉和星系的結構穩定,瀰漫在整個星系的「暗流體」既在星系之間產生了排斥作用,也在星系內部產生了壓縮作用,星系內的恆星在「暗流體」的擠壓下向星系的中心移動,為星系的穩定提供了額外的壓力,至於暗流體怎樣從星系之間的排斥力轉化為星系內的擠壓力,法恩斯的理論顯得含糊不清,存在很多疑點,他的理論需要得到天文觀測和理論模型的更多支持。檢驗時空的暗能量和暗流體存在和屬性的「最佳場合」是在宇宙的空洞,天文學家發現了跨度為一億到十億光年的巨型空洞,他們不能很好地解釋空洞的形成,在空洞中含有少量的星系,它們由小變大,從中也許可以找到暗能量和暗流體持續湧現的痕迹。

相信「暗流體」和「修正引力」的科學家屬於「少數派」,多數科學家始終堅信某種看不見的實體粒子,它們有許多的候選者,他們最看好所謂的冷暗物質粒子、或CDM,弱相互作用的大質量物質粒子、或WIMPs,目前,除了義大利的科學家在地下實驗室發現了一些可疑的信號以外,世界上的多個暗物質探測團隊都沒有接收到任何暗物質的信號。經過二十多年的搜索,暗物質的探測手段越來越先進,從地下實驗室延伸到太空,美國科學家利用國際空間站搜索暗物質,中國科學家發射了「悟空」號暗物質探測衛星,探測精度的改善提高了人類的科學觀測能力,美國和中國的太空暗物質搜索行動獲得了一些疑似暗物質的信號。近日,波蘭、瑞典和美國的一個國際團隊設想了一種暗物質探測的新方法,他們認為WIMPs也許藏在地球的岩石中,而不是像過去理解的那樣,它們藏在星系的「網狀結構」和星系的空間,至於暗物質粒子如何固化在地球和其它行星上岩石內的原子結構中,他們的解釋和法恩斯對暗流體的解釋一樣缺少細節的說明和實驗的證據。澳大利亞和西班牙的天文學家去年找到了一種尋找暗物質的新方法,他們通過接收遙遠星系發出的十分微弱的光來描繪暗物質的分布,但是,暗物質通常不發出可見光的信號,我們很難判斷在這些微弱光線的背後隱藏了「不動聲色」的暗物質,它們也許是一些假暗物質,真暗物質粒子不和普通的物質粒子發生任何的電磁作用,我們只能通過它們的引力效果來判斷它們的存在。唯一能夠確定是物質和暗物質的引力作用符合哲學屬性論的「等效原理」。

(宇哲手稿:2019-1-9)

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