以太和暗物质 （一）          2009-5-31

笛卡儿认为：物体之间的所有作用力都必须通过某种中介物质来传递，不存在超距作用。因此，空间不可能是空无一物的，它被以太（Ether）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。光的波动说是由胡克首先提出的，并为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。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的现象。牛顿虽然不同意胡克的光波动学说，但他也像笛卡儿一样反对超距作用，并承认以太的存在。在他看来，以太不一定是单一的物质，因而能传递各种作用，如产生电、磁和引力等不同的现象。随着引力的平方反比定律在天体力学方面的成功，以及探寻以太得试验并未获得实际结果，使得超距作用观点得以流行。光的波动说也被放弃了，微粒说得到广泛的承认。到18世纪后期，证实了电荷之间(以及磁极之间)的作用力同样是与距离平方成反比。于是电磁以太的概念亦被抛弃，超距作用的观点在电学中也占了主导地位。以太的假设事实上代表了传统的观点：电磁波的传播需要一个“绝对静止”的参照系，当参照系改变，光速也改变。麦克斯韦在指出电磁扰动的传播与光传播的相似之后写道：“光就是产生电磁现象的媒质(指以太)的横振动”。后来，赫兹用实验方法证实了电磁波的存在。光的电磁理论成功地解释了光波的性质，这样以太不仅在电磁学中取得了地位，而且电磁以太同光以太也统一了起来。为了适应光学的需要，人们对以太假设一些非常的属性，如1839年麦克可拉模型和柯西模型。再有，由于对不同的光频率，折射率也不同，于是曳引系数对于不同频率亦将不同。这样，每种频率的光将不得不有自己的以太等等。以太的这些似乎相互矛盾性质实在是超出了人们的理解能力。以太说曾经在一段历史时期内在人们脑中根深蒂固，深刻地左右着物理学家的思想。著名物理学家洛伦兹推导出了符合电磁学协变条件的洛伦兹变换公式，但无法抛弃以太的观点。19世纪末可以说是以太论的极盛时期。但是，在洛伦兹理论中，以太除了作为电磁波的荷载物和绝对参照系，它已失去所有其他具体生动的物理性质，这就又为它的衰落创造了条件。在19世纪末和20世纪初，虽然还进行了一些努力来拯救以太，但在狭义相对论确立以后，它终于被物理学家们所抛弃。人们接受了电磁场本身就是物质存在的一种形式的概念，而场可以在真空中以波的形式传播。但就是爱因斯坦本人，对以太还是抱着矛盾的心态。

现在中国反相教中有一些人是以太论的热衷信仰和鼓吹者。我早说过，每个人有信仰的自由，但没有将自己的信仰强加于人的权力！如果这些人在以太论的理论和实验实证上确有建树，那倒是应该称道和欢迎的。可是，几年来哪里能看到他们的理论和实验实证上的建树呢？！我们知道，声波是我们已知的物质的一种密度波。它的波速与物质的弹性模量的平方根成正比，与媒体物质的密度平方根成反比。声波的波速与声源的运动速度无关，只与媒质相关，但频率与声源相对于观测者的运动速度相关。可是，中国反相教徒们虽总拿声波与光说事，那他们怎么就不认可“光的传播速度与光源的运动速度无关，只与媒质相关，但频率与光源相对于观测者的运动速度相关”了呢？！声波也可以量子化为声子，它也有与光子那样的能量与频率成正比的关系。但声子并非是真实的物质粒子，而是声波波包的唯象描述。但光子（电磁波）却是一种已知的物质，它在相互作用中显示粒子性，在运动中显示波动性，它是无形的场物质。如果光和电磁波象声音作为物质波一样，是要靠以太这种物质传播的，那它是以太这种物质的密度波？！以太如果作为客观存在的一种特殊的物质，那它应该有质量、能量和运动的问题，它们内部应有何种相互作用呢？它们与我们已知的物质之间有什么样的一些相互作用呢？它们在空间的分布究竟是绝对均匀地分布呢，还是像我们已知的物质那样既有高度的密集又有弥散的分布？不知那位了不起的qstt先生用他的非凡的肉眼看得怎样，能为我们描述些什么？！如果这些以太论的热衷信仰和鼓吹者在这些问题上无能为力，一无所知，一无所为，只是鼓噪一个世纪前那些西方以太论者的说事，那他们对中国科技发展和对牛顿物理以至整个物理学的发展和贡献又在哪里呢？！他们说他们的工作和理论已经“推翻了相对论”，事实何在，根据何在呢？！我在一年前的文章《也谈挑战相对论》中写道：“一个橱师，对人说，他正在烙一块饼，你们吃了，就再也不想去吃其它美味了，而且包能健康益寿，不再生病。我们应该相信他吗？应该洗清肠子里的俗物，耐心地等他的烙饼吗？！”一年过去了，中国反相教徒们仍没将他们的“饼”烙出来，我也早判定他们烙不出来。所以，这种人无法称为厨师，只能称作“橱师”了！

1，如果以太是电磁波——光的传播媒质，那它必须充斥于每个原子的核与核外电子间的空域及空间天体之间的空域，也就是说“它是无处不在的”。那每个物体（包括人体）的质量是否包含了以太的质量或其质量的影响？那么，每个物体究竟多少质量是通常我们已知的物质的，以太又占了多少？如果以太无质量，那么物质可以无质量吗？！  2，如果以太是绝对静止的，那它的确可以作为绝对静止坐标系的参照物，在那个坐标系内牛顿力学完全正确，完全够用。一切相对于它作匀速直线运动的物体都可作惯性坐标系，其内牛顿力学完全正确，完全够用。至于相对于它作变速运动的物体的运动仍然能在绝对静止坐标系内作正确的分析。从而，相对论就是多余之物了。那么以太能被天体拖动？它能随物体一起运动（它不是充斥于物体之内吗？）？如果它不被一切物体所动，那它以什么方式、什么机理来传输电磁波——光？！宇宙间存在绝对静止——不运动的物质吗？！它如能随物体一起运动，能被天体拖动，还能作绝对静止坐标系的参照物？！那以太又怎能作为牛顿力学完全适用的坐标系呢？！那以太物理有实际意义吗？！能搞得起来？！神吹以太物理，假话重复千遍难道就能让人信以为真？！自欺欺人能有效吗？！生活在这种幻想中有意义吗？！  3，以太是均匀分布于宇宙的吗？！如它也有集中也有弥散，那它集中的机理是什么，弥散的机理又是什么？！我们已知的物质与以太之间有相互作用吗？！如无相互作用，那它怎么传输电磁波——光？！要知道电磁波——光可是我们已知的一种物质啊！除非以太论者否认电磁波——光是物质！！世界上存在只有单向的作用而无反作用吗，岂不违反牛顿第三定律？！不过，世上有神论者说：上帝（或天主）是无处不在的，他不为一切所动，但他主宰世间的一切！可见，以太不就成了上帝的影子！！我是不相信存在上帝的，当然，也不认为上帝的影子——以太的存在！

大约65年前，弗里兹·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100倍以上，否则星系团根本无法束缚住这些星系。之后几十年的观测分析证实了这一点。引入宇宙膨胀理论之后，许多宇宙学家相信我们的宇宙是平直的，而且宇宙总能量密度必定是等于临界值，其中能量密度都以物质的形式出现，包括4%的普通物质和96%的暗物质。但事实上，观测从来就没有与此相符合过，于是暗能量被提出了。暗能量和暗物质的唯一共同点是它们既不发光也不吸收光。从微观上讲，它们的组成是完全不同的。更重要的是，像普通的物质一样，暗物质是引力自吸引的，而且与普通物质成团并形成星系。而暗能量是引力自相斥的，并且在宇宙中几乎均匀的分布。所以，在统计星系的能量时会遗漏暗能量。暗物质和暗能量说者说，由此可以解释观测到的物质密度和由暴涨理论预言的临界密度之间70-80%的差异。他们又说，“正是暗物质促成了宇宙结构的形成，如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星，也就更谈不上今天的人类了。”又说：“根据超对称理论（它是超引力和超弦理论的基础），在大爆炸后，不与辐射耦合的暗物质，是无热运动的非相对论性粒子，它具有寿命长、温度低、无碰撞的特殊特性，这些粒子是呈电中性且弱相互作用的。其微小的涨落在普通物质脱耦之前就放大了许多倍。在普通物质脱耦之后，已经成团的暗物质就开始吸引普通物质，进而形成了我们现在观测到的结构。”20世纪30年代，荷兰天体物理学家奥尔特指出：为了说明恒星的运动，需要假定在太阳附近存在着暗物质；同年代，茨维基从室女星系团诸星系的运动的观测中，也认为在星系团中存在着大量的暗物质；美国天文学家巴柯的理论分析也表明，在太阳附近，存在着与发光物质几乎同等数量看不见的物质。欧洲核子研究中心的粒子物理学家伊里斯认为，星系晕及星系团中最佳的暗物质候选者是超对称理论所要求的S粒子。伊里斯推荐四种最佳暗物质候选者：光微子、希格斯微子、中微子和引力子。科学家还认为，这些粒子也是星系团之间广大宇宙空间中的冷的暗物质候选者。2007年1月，暗物质分布图终于诞生了！经过4年的努力，70位研究人员利用引力透镜技术，绘制出这幅三维的“蓝图”，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。暗物质似乎相当于一个隐形的、但必不可少的背景，星系(包括银河系)在其中移动。结果，宇宙中的某些地方没有任何暗物质和可见物质，而它们在另外一些地方却异常密集：暗物质聚集在一起，星系则挂靠在暗物质上，就像挂在钩子上的画。暗能量却可以使物质的质量全部消失，完全转化为能量。宇宙中的暗能量是已知物质能量的14倍以上。

暗物质晕的密度分布应该在星系核区出现陡增，也就是说随着到中心距离的减小，其密度应该急剧升高，但是这与我们观测到的许多自引力系统的中心区域明显不符。正如在引力透镜研究中观测到的，星系团的核心密度就要低于由大质量暗物质晕模型计算出来的结果。普通旋涡星系其核心区域的暗物质比预期的就更少了，同样的情况也出现在一些低表面亮度星系如矮星系中。那么，太阳附近和银道面上的暗物质是些什么东西呢？天文学家认为，它们也许是一般光学望远镜观测不到的极暗弱的褐矮星或质量为木行星30～80倍的大行星。在大视场望远镜所拍摄的天空照片上已发现了暗于14星等，不到半个太阳质量的M型矮星。由于太阳位于银河系中心平面的附近，从探测到的M型矮星的数目可推算出，它们大概能提供银河系应有失踪质量的另一半。且每一颗M型星发光，最多只能有几万年。所以人们认为银河系中一定存在着许许多多的这些小恒星“燃烧”后的“尸体”，足以提供理论计算所需的全部暗物质。观测结果和理论分析均表明漩涡星系外围存在着大质量的暗晕。那么，暗晕中含有哪些看不见的物质呢？英国天文学家里斯认为可能有三种候选者：第一种就是上面所述的小质量恒星或大行星；第二种是很早以前由超大质量恒星坍缩而成的200万倍太阳质量左右的大质量黑洞；第三种是奇异粒子，如质量可能为20～49电子伏且与电子有联系的中微子，质量为105电子伏的轴子或目前科学家所赞成的各种大统一理论所允许和需求的粒子。科学家们借助强功率天文望远镜对距离银河系不远的矮星系进行了共达23夜的研究，此后科学家们还通过约7000余次的计算得出结论称：在他们所观测的这些矮星系中，暗物质的含量是其它普通物质的400多倍。此外，这些矮星系中物质粒子的运动速度可达每秒9公里，其温度可达10000摄氏度，但是这样的高温却不会产生任何辐射。然而在此之前科学家们曾一贯认为，暗物质应该是由一些“冷”粒子构成的，这些粒子的运动速度也不会太高。

不知暗物质、暗能量是否是以太论者期望的以太，还没有看到他们的明确态度。

我是反对所谓的暗能量说的。绝无脱离物质的能量，能量是从属于物质的。说除了暗物质外还有暗能量，而且还有排斥作用的引力效应，这是符合物理科学思维的吗？！试问：哪种能量具有吸引作用，又有什么能量具有排斥作用？！只有物质间的相互作用力才谈得上吸引与排斥的问题！能量具有做功的能力，但不能说具有什么吸引与排斥的问题。能与力是不同量纲的物理量，暗能量说违反最基本的物理概念。任何一种正常物质，其相互作用都既有吸引又有排斥的，没见其只有吸引或只有排斥的。电荷或磁荷是同性相斥，异性相吸；万有引力是同性相吸，异性相斥，与电磁作用相反但又相仿。即使正引力，它引起的引潮力就起斥力作用。费米子是同性相斥，异性相吸；玻色子可凝聚，但也有简併压力。光子就既有引力又有光压。

“他们将M 理论中的一个空间维数收缩成一条线段，得到两个用该线段联系起来的10 维时空。粒子和弦仅存在于线段两端的两个平行的时空中，它们通过引力彼此联系。物理学家猜测，宇宙中所有的可见物质位于其中的一个，而困扰着物理学家的暗物质则在另一个平行的时空中，物质与暗物质之间仅通过引力相联系。这样，便可巧妙地解释宇宙中为什么存在看不到的质量。这一图象具有极其重要的物理意义，可用来检验M 理论。”——既然正常物质与暗物质分别在两个平行的时空中，怎么又在同一个星系中？！既然我们人类是由正常物质构成的，那么，暗物质在与我们有别的另一个平行的时空中，那又怎么可能去探测到它们呢？！难道我们可以在不同的平行的时空中往来吗？！如果是这样，那“正常物质与暗物质分别在两个平行的时空中”不又成了悖论了吗？！