反物质是早已被发现的东西,而且已经用到技术上,所以完全不可能是一种错误。而暗物质来自用广义相对论理解宇宙学观测数据的困难,到目前为止还是一种猜想,没有板上钉钉的实验证据,所以在原则上确实有可能是错的。
早在1880年代,就有人猜想存在“反物质”,它跟正常物质的区别是,它提供的万有引力是负的。这个理论当然早已被否定了,现在认为所有的有质量的物体产生的引力都是正的。
得到公认的反物质概念,来自量子力学的开创者之一狄拉克(Paul Dirac)。他在1928年提出了一个相对论性的量子力学方程,叫做狄拉克方程。根据这个方程,应该存在一种跟电子具有相同的质量等性质、只是电荷相反的粒子。电子的电荷被规定为负的,那么这种粒子的电荷就应该是正的。
狄拉克
1932年,安德森(Carl D. Anderson)找到了这种粒子,将它命名为正电子。他为此获得了1932年的诺贝尔物理学奖。中国科学家王淦昌提出过寻找正电子的实验方法,但可惜回国后没有条件开展实验工作,与诺贝尔奖失之交臂。
暗物质的概念,来自另一个完全不同的来源。
爱因斯坦的广义相对论提出以后,人们很快就验证了它对日食时的光线偏折、水星近日点进动等现象的预测,普遍相信了它是一个非常精确的理论。但是,在解释星系旋转速度、引力透镜、宇宙中大尺度结构形成等观测数据时,人们发现已知的质量不足以解释观测结果。
那么怎么办?出于对广义相对论的信任,人们相信是有些质量没有被统计进去。这些质量对应的物质既不发光,也不参与电磁相互作用,所以无法用常规的手段检测到,因此人们把它们称为暗物质。
在寻找暗物质方面,已经做出了巨大的努力,得到了许多数据。但这些都是间接证据,还没有明确的直接证据证明暗物质存在,也就是说,还没人知道暗物质到底是什么粒子。因此,也有人反其道而行之,猜测暗物质并不存在,是广义相对论错了。
这样的理论之一,叫做“修正的牛顿动力学”(MOND)。他们提出,只需要假设万有引力在距离很远的时候不是反比于距离的平方,而是反比于距离,就可以解释这些实验现象,不需要引入暗物质。这个理论不是学界主流,但确实存在。我有一位同事,就属于这个学派!
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