二十世纪以后的研究发现了许多许多万有引力定律无法解释的现象，如今人们开始思考：或许那万有引力本身也不过是个影子……

帕拉图有一个著名的“山洞比喻”：一群终生居住在山洞里的人，他们唯一见到的就是自己的影子，因此他们相信这影子是时间唯一的存在。终于有一天有人发出疑问：这些影子从何而来呢？他转过身，发现原来是外面的火光照出了自己的影子，后来他勇敢的走出山洞，展现在他面前的是一个广阔的世界……

于是有了这样的一句富有哲理的话：看得见的是看不见的影子。

牛顿看到苹果从树上掉到地上，于是他经过思考和演算，提出了万有引力学说来描述这一现象背后的原因。从那以后，万有引力定律一直是现代物理学的基石之一。人们终于认为找到了那看不见的真相。

然而二十世纪以后的研究却发现了许多许多万有引力定律无法解释的现象，如今人们开始思考：或许那万有引力本身也不过是个影子。

在诸多万有引力定律无法解释的现象中，让我们来看看人类发射进入太空的宇宙飞船给我们带来了甚么。

美国航空航天局科学家对先驱者(Pioneer)10和11号、尤利西斯(Ulysses)号、 “伽俐略”号、NEAR、“罗塞塔”号(Rosseta)、卡西尼号(Cassini)等航天器的轨迹跟踪表明，这些航天器的运行轨迹明显偏离根据万有引力算出的轨道。有关结果发表在《物理学评论快报》一九九八年十月五日第八十一卷，二零零八年三月三日第一百卷，二零零二年四月十五日《物理学评论D》第六十五卷等权威杂志上。

先驱者的启示

先驱者10号和先驱者11号航天器分别发射于一九七二年三月二日和一九七三年四月五日，是人类最早向外太空发射的航天器。在先驱者10号和11号分别与木星、土星相会后，两艘航天器沿着相反的方向飞向太空。先驱者11号在一九九五年十一月份最后一次发射回信号后与地面失去了联系，而先驱者10号最后一次发送回信号是在二零零三年二月份。

根据航天器发送回来的无线电波信号，科学家们可以准确地定出它们的位置，在扣除行星的微扰、太阳辐射压力、星际物质、广义相对论效应以及多普勒偏差和漂移等影响后，科学家们可以精确地算出它们的加速度，精度高达10-10cm／s2。

从一九八零年起，当太阳的辐射压力小于510-8cm/s2后，NASA的喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)研究组就发现了对先驱者10号算出的加速度中有810-8cm/s2无从解释，该加速度方向正对着太阳，使每年航天器飞行距离比计算值小几千哩。在这以后更精确的计算表明，先驱者10号和11号都受到约8.510-8 cm/s2的向着太阳的不明来源的加速度。

此后实验组考虑了各种可能的原因，如来自星系和基泊尔(Kuiper)行星带的引力、航天器漏气、地球进动、地球方向误差、飞船热辐射的各向异性等，发现没有一种起因可以对此加以解释，这些因素引起的加速度偏差仅是上述偏差的千分之一左右。

实验组还用两个独立的分析软件对这些轨道作了计算，结果得到了一致的结论，排除了分析软件存在缺陷导致错误的可能性。

为检验所发现的加速度是否是某种未知粘滞阻力所致，考虑到粘滞阻力总是与速度方向相反，实验组还对运行轨道不沿着太阳半径方向的尤利西斯号的轨迹进行了分析，结果表明尤利西斯号轨道也受到类似的不明加速度的作用；另外，尤利西斯号的设计和外形都与先驱者号大不相同，所以这一加速度也不太可能由飞行器的硬件所导致。

理论与观测不同

二零零八年三月三日，“先驱者”号异常运动现象的首批发现者之一、美国国家宇航局喷气推进实验室的天文学家约翰．安德森(John Anderson)在《物理学评论快报》上发表另一篇文章指出，绕行星运行的探测器也获得了一些高于理论计算值的额外能量。

安德森领导的小组总共对五部探测器的运动数据进行了分析，这些探测器包括“伽俐略”号（负责探测木星）、NEAR（负责探测小行星）、“罗塞塔”号（负责探测彗星）、“卡西尼”（负责探测土星）和“信使”号（负责探测水星）。所有这些探测器均曾在地球附近利用其引力场进行加速或减速。

先驱者10号假想图。(Getty Images)

二零零四年八月，探测水星的“信使”号被发射升空。(Getty Images)

“罗塞塔”号飞船。(Getty Images)

观测显示，除信使号外，所有的探测器均获得了比理论计算值更高的加速度。“信使”号在北纬31度附近接近地球，在南纬32度时开始远离地球。由于其运动路线具有对称性，导致其速度变化的幅度不大。

而其他四部探测器的速度变化非常明显，记录到的加速度偏差也相对较大。例如，NEAR在远离地球时的速度就比理论计算值高了13毫米／秒（测量精度为0.1毫米／秒）。这些科学家甚至已经给出公式，准确地算出这种效应对飞行器速度的影响，但是迄今为止这种效应的起源还不清楚。

未知的规律？

安德森认为，这几部探测器在行星附近出现的运动异常现象与“先驱者”号所遇到的均遵循着共同的自然规律。“先驱者”号是在绕日轨道上表现出了运动异常现象；其他探测器则是在绕地轨道上表现出了异常。

在这些论文中，这些科学家还指出了与这一加速度有关的另外一个疑团，它只影响人造飞行器而对太阳系的九大行星的运行轨迹没有显著的影响。今天人类已经能够对行星的运动进行了精确的观测，如NASA的维京使命(Viking Mission)可以将地球和火星位置精确定位到误差小于一百米，如果地球和火星有同样的效应，它们的轨道半径据推算，要比现在分别小廿一和七十六公里。这一现象也不太可能是目前天文学家们正在寻找的暗物质引起，因为暗物质会对行星施加相似的加速度。

永恒定理的局限

一些科学家认为，这一现象有可能是新的物理原理所致，也有的科学家认为，这是因为万有引力定律在大尺度上不再成立的缘故。NASA科学家已经决定，在以后的飞行器运行轨道设计中，考虑这一他们称为先驱者号反常的现象。先驱者号和其他航天器的轨迹反常显示，“万有引力”可能还有不为我们所知的奥秘。　　　　

在星系尺度上，现在的天体观测已经发现了很多不能为“万有引力”定律解释的现象。比如星系的运动。科学家们早就发现，观测到的星系旋转速度比“万有引力”定律算出的要快很多，要维系星系的运行而使它们不分崩离析，必须假设星系中星体的引力常数（表征引力强度的常数）比我们现在所知的的引力常数要强很多；或者是维持引力常数不变，假定存在着质量比我们能够观测到的普通星体质量大十倍左右的“暗物质”在维持着星系的稳定。

现在物理学家倾向于后一个假设。天文学家认为，暗物质并不像通常粒子一样由质子、中子组成，它就像一种重力胶把整个星系粘在一起。尽管宇宙中百分之九十以上是暗物质，但天文学家对它知之甚少。

对暗物质的引力作用形式，科学家们一直沿用牛顿的万有引力定律的思路，但是根据牛顿引力理论算出的暗物质分布和观测结果相差甚远。二零零三年十月费德里科匹埃萨 (Federico Piazza) 和克里斯蒂安马里诺尼(Christian Marinoni)在《物理学评论快报》上发表文章指出，暗物质可能对它周围的正常物质根本就没有作用。只有当彼此分开相当距离后，才会相互吸引。新理论能解释根据观测推算出的暗物质分布，但和牛顿的万有引力定律相差非常远。

宇宙膨胀 “暗能量”“推动”

一九九八年发现的宇宙加速膨胀，更是万有引力定律无法解释的。按照现代宇宙论，宇宙起源于一次宇宙大爆炸，宇宙因大爆炸而膨胀。按照万有引力定律，宇宙的膨胀速度应该因为宇宙中星系之间的万有引力而逐渐减慢。但是自一九九八年以来，几个互相独立实验观测都证实了宇宙在加速膨胀。科学家为此不得不引入所谓的“暗能量”来“推动”这种膨胀。

科学家们在测量万有引力常数的实验中，也发现了异常。例如在对“万有引力常数”的测定中，目前两组精确度最高的测量值虽然实验精度达到万分之一，但奇怪的是，这两个实验数值彼此相差超过实验精度的十倍以上。还有其他一些实验组给出的数值相互之间也有很大的出入。对此，科学家们百思不得其解。有些科学家认为，万有引力常数并不是真正的常数，它在地球上不同的地点有不同的数值。

在理论上，“万有引力”也是让理论物理学家最为头疼的相互作用。它与其他重要的现有物理理论如量子场论等格格不入。因此很多研究弦论和膜论的物理学家认为，“万有引力”只是一种现象，真正的物理实质还有待进一步探索。在科学家们找到其物理实质之前，引力将持续困扰着我们。

人造与自然

先驱者号轨迹反常还有一个令人不解之处，就是我们太阳系中自然存在的行星都没有发现这种反常。难道“自然存在”的行星和人造的飞船的“万有引力”存在着某些不为我们所知的差异吗？或者“自然存在”的行星轨道有甚么特殊之处？

这不禁使人想起了原子中的电子轨道。在原子中，电子的“轨道”的确很特殊而维系了原子的稳定，也许微观和宏观世界存在着某种还不为我们所知的相通之处。 ◇