神秘的力量

【英国《新科学家》周刊文章】题：神秘的力量（作者　马库斯·乔恩）　
久经沙场的宇宙飞船在星空中飞驰。在太阳系最黑暗的边缘，冥王星以外，除了渺茫的太阳引力使它放慢脚步之外别无它物，然而却好像有一股神秘的力量作用于宇宙飞船。在240亿公里之外的另一个方向，另一个探测器也受到了相同的力量。
先锋10号和先锋11号可能已老旧不堪，但在它们最辉煌的时期，它们也曾给过科学家们不少不眠之夜。两个探测器分别于1972年和1973年发射，先锋10号是第一个飞过木星的航天器。先锋11号紧随其后飞过木星并首次造访土星。美国航天局天文学家约翰·安德森说：“在此之后，我们认为任务已经完成了，但我们错了。”
先锋10号正在经历一种朝着太阳的神秘减速。这种力量很微弱：只相当于地球表面引力的一亿分之一，但事实证明了这种作用的持久性。而且它还在不断加大。如今，先锋10号离太阳的距离是地球的80倍，比原定计划落后了40万公里，相当于地球到月球的距离。而且，尽管航天局1995年与先锋11号失去了联系，在此之前它也在经历着同样的减速。
很长一段时间里，安德森没有公布先锋号探测器的异常表现。“我们一直以为是航天器本身的问题，即燃料或热量的泄漏。”然而1994年，洛斯阿拉莫斯国家实验所物理学家迈克尔·涅托提出了另一种可能性。他指出，在大多数宇宙层面，我们都不知道引力的确切作用，因此他开始怀疑我们对太阳系内的引力到底知道多少。
涅托认为，这种神秘减速可被解释为引力法则某种形式的改变。在预测探测器将会怎样运动时，航天局的工程师们认为，唯一的力量是来自太阳和行星的引力。他们运用的是牛顿的基本公式：引力的作用随着距离平方成反比而减弱。因此引力如果稍有变化，就可以解释先锋号的异常现象。
而对于燃料泄漏的解释很容易排除，因为泄漏应该能被探测器的内部感应器发现。而且也很难想像两个探测器会在同时发生同样的泄漏事故。
难道真的是在外太阳系中引力破坏了平方成反比吗？让人惊奇的是，有证据表明，这甚至可能发生在更大的星系范围内。比如，围绕旋涡星系中心运行的星体，以及在星系团中运行的星系运行速度显得过快，就好像是受了比预料要大的引力的影响。标准的答案是假定有大量不可见的“暗物质”发挥了引力作用。但以色列魏茨曼研究所的莫尔德艾·米尔格龙提出了另一种解释，称为改进牛顿动力学。这一理论认为，平方成反比只存在于引力相对较强的地方。在引力弱的地方，引力随着距离更慢地消失。
如果有一种暗物质散布于我们的银河系，它就有可能使先锋号减速。但大多数暗物质的假设还不足以解释这种异常现象，因为它们只通过微弱的引力影响一般物质。还有一个理论可能是：镜物质。
镜物质与一般物质类似，只是在量子层面上它与一般物质的关系就像左手对右手。由于它只与一般物质发生微弱的相互作用，因而可以在我们毫无知觉的情况下存在于我们周围。然而，墨尔本大学的罗伯特·富特和雷·沃尔卡斯认为，在镜原子和一般原子之间，可能还有一种微小的非引力作用，由遍布太阳系的少部分镜物质形成的拉力足以解释先锋号的现象。关键的是，它对行星轨道不会有明显的作用。与质量较小的先锋号相比，巨大的行星可以几乎不受影响地穿过镜物质的作用。
改进牛顿动力学和镜物质理论只是一个开始。各种各样的猜测和理论都在试图用自己的方式解释先锋号的异常现象。