宇宙的25个未解之谜

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关于海王星的发现，还要从天王星讲起。1781年3月13日，威廉·赫歇尔爵士在偶然间发现了天王星。说到这还有个有趣的故事。赫歇尔那时候还不敢相信自己发现的是一颗行星，以为自己发现了一颗没有慧发也没有慧尾的彗星。因为在那以前从没有人发现过行星。但很快，法国科学家拉普拉斯证实赫歇尔发现的是一颗行星。

威廉·赫歇尔

在激动之余，人们想到了一个新问题：在那么远的地方，牛顿的万有引力定律依然成立吗？

当时牛顿万有引力定律已经经受了地月之间，以及所有内部行星与太阳之间的检验。这个定律一直表现的非常完美。如今我们终于接触到了太阳系的外围，不如再来检验一下，这个定律是否依然成立。检验的方法很简单：首先根据万有引力定律计算出天王星的位置，然后再与实际观测结果对比，如果二者吻合，那就皆大欢喜，说明顿定律在外太阳系依然成立。但遗憾的是，二者并不吻合！

人们会因此质疑牛顿定律吗？在当时大家并不想这样做。这是个很伟大的定律，在此之前它为大家做过很多事情。但是不抛弃牛顿万有引力定律，还能有什么选择呢？科学家们提出了一个大胆的猜测：也许还有另一个被漏掉的引力源！

于是猎星游戏开始了。这个问题很复杂，因为万有引力定律通常是用于计算两个已知位置的天体之间的引力。但这次却不同。这次我们已经知道两个天体之间的作用力，但却不知道那个天体在哪里，也不知道它的质量有多大。这涉及了牛顿定律的倒推问题，需要大量的数据和计算才能得出正确答案。

包括英国数学家及天文学家约翰·柯西·亚当斯和法国数学家奥本·尚·约瑟夫·勒维耶在内的很多才华横溢的数学家、物理学家都参与其中，对这个捣乱的天体在宇宙中的位置及出现的时机做出了预测。勒维耶把重重计算出的结果告诉了他的好朋友，柏林天文台的约翰·格弗里恩·伽勒。伽勒根据勒维耶的描述进行了观测，并在距离预测的位置不到1 度的地方发现了一颗新行星。这颗行星就是后来的海王星。

这是数学和物理定律的伟大胜利！这一次，我们没有凭借以往的规律来预测下一次事件，也没参考先人的记录；仅仅依靠物理定律和对自然运行规律的理解，我们成功预测并发现了一颗行星！这为之后一系列在太阳系中的发现打下了基础，因为通过这次发现我们可以确定，在太阳系的外围牛顿定律依然是成立的。

海王星的发现无疑是个意义重大的历史事件，它极大增强了科学家们的信心。万有引力定律可以帮助我们掌握太阳系中天体的运动，并且屡试不爽。我们开始大胆猜测，这个伟大的定律在我们还未想象到的地方是否也能成立？但很快，大自然发来了新的挑战。

几个世纪以来，我们一直在精确记录水星的公转运动。水星是距离太阳最近的行星，其公转轨道呈椭圆形。观察记录后我们发现，这个椭圆轨道会发生极其轻微的进动。这并不是什么新鲜事，我们可以接受。但当我们计算出这个进动速度，观察实际的进动速度时，发现这两个数据并不一致，两者速度每百年就差了43角秒。

1859年，勒维耶提出要解决这个问题。他那时正在发现海王星的兴头上，认为太阳和水星之间也一定存在一个小行星带，对水星施加了额外的拉力。没过几年，有一位天文学家观测到一颗行星的凌日现象。勒维耶表示放弃原来存在小行星带的猜想，认为拉扯水星的一定是这个天体。人们将这个行星命名为“祝融星”。水星轨道问题就这么简单地解决了吗？并没有。在这位天文学家观测到祝融星的同时，还有一个人也在观测太阳。他表示没有看到任何的凌日现象，认为一定是那位天文学家的观测出了问题。但仍有很多人认为确实存在一个“祝融星”，只不过因为种种原因还没有被观测到罢了。

直到1916年，爱因斯坦发表了广义相对论，将时空比作可变形的布料。而引力不再是两物体间的相互作用力，而是这块布料的形状。各个天体就沿着这块布料的起伏运行。当我们把相对论所有的法则都考虑进去就会发现，水星正沿着极度扭曲的时空，在太阳这个极具影响力的强大引力源近旁运行着。原来，在如此靠近某个超强引力源时，牛顿的万有引力定律确实无法成立！这件事震惊了世界。我们很依赖于牛顿定律，我们依靠牛顿定律发现了海王星，于是我们自大地认为水星的问题也能如法炮制，结果却一败涂地。为了解释水星的现象，我们不得不发展出一门全新的物理学分支。大自然就是这么微妙，这对现代物理学家来说，即美妙，又充满挑战。这也是科学家们值得尊敬的地方。无论多么不可能，他们总是通过大胆的猜想和细致的研究为我们带来全新的可能。

到目前为止，宇宙中还有很多的未解之谜。人类到底从何而来，要往何处去？为什么地球上只有一颗生命进化树？暗物质和暗能量到底是什么？平行世界是否真的存在？千百年来，科学家们在不断探索这些问题的答案，因为它们决定了我们未来的走向、思维的高度，甚至生命的意义。

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转自环球科学ScientificAmerican



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