暗物质|为何科学家们对暗物质不持怀疑态度？科学家|行星|天王星

文章图片

文章图片

文章图片

文章图片

文章图片
当最佳科学理论的预测与您观察到的结果不符时，您应该怎么做？第一步是独立再现结果，确保您没有犯错误。第二步是查找这种不匹配是否在各种各样的条件下发生，并对其进行量化以试图确切了解其含义。第三步（如果您足够大胆的话）是尝试找到一种理论上的解释，使情况重新趋于一致。
通常，只有两种理论解释值得考虑：要么您弄错了规则，要么需要在进行这些关键测量之前以您认为的规则对其进行修改，或者您弄错了成分，以及超出您之前考虑的范围之外，还有其他事情在起作用。但是，当涉及到我们认为与我们的预测不符的物质引起的引力效应问题时，科学家几乎总是引用暗物质，甚至很少考虑改变引力定律：广义相对论。从表面上看似乎不妥的，但是有一个非常令人信服的原因使专业人员压倒性地做到这一点。科学家之所以如此接受暗物质是有原因的，而现在我们其他人确切地知道了原因。
如果我们一直追溯到17世纪初，我们可以很容易地找到这个确切问题的旧版本的两个例子。在我们的太阳系内，牛顿的万有引力定律非常成功。他们解释说，每个天体的轨道没有任何误差大于我们的测量精度。从地球/月球系统到行星的轨道，小行星和太阳周围的彗星，再到其他行星的卫星，牛顿的方程正确地预测了每个物体的位置和速度。
但是在19世纪中叶，出现了两个问题。第一个是天王星。除了1781年才首次发现的天王星外，我们所有的行星都已经存在，并进行了很长时间的精确跟踪。最初，天王星以比牛顿（和开普勒）定律所预测的速度稍快的速度运动，但从17世纪初一直到在117世纪20年代，随着行星以正确的速度运动，这种现象消失了。也许那些早期的测量是错误的。直到17世纪30年代及以后，科学家才惊慌失措，因为天王星又以错误的速度开始旅行：这次太慢了。
图注：数十年来，观测到天王星的移动速度过快（L），然后以正确的速度（中心）移动，然后又过慢（R）。如果还有另一个外部的、巨大的拉扯天王星的世界，这将在牛顿的引力理论中得到解释。在此可视化中，海王星为蓝色，天王星为绿色，木星和土星分别为青色和橙色。这是Urbain Le Verrier进行的计算，直接导致了海王星在1846年被发现。
独立地，两位科学家——法国的Urbain Le Verrier和英国的约翰·库奇·亚当斯（John Couch Adams）——有相同的想法：也许在天王星之外还有另外一个行星，并且它的引力影响导致了这些异常速度。尤其是：
当运动较慢的外行星位于天王星之前时，它会将天王星向其轨道推进，从而使其加速，当天王星开始超越外部世界时，它向外加速（沿视线），这是无法观察到的，一旦天王星越过外行星，引力会将其向后拉，使其减速。 Le Verrier于1846年向柏林天文台发送了一封预测在天王星附近存存在一颗行星的信，在信到达柏林天文台的当晚发现了海王星。在这种情况下， “暗物质”成功了。