真空不空（五）——暗物质的终结

天文学家通过对远距离星系的观测，发现了偏离万有引力公式的现象。根据万有引力公式和离心力公式，当天体围绕引力源运动时，引力等于离心力，距离应该与速度的平方成反比。然而，实际的观测却是，当距离增大到一定值之后，天体绕行的速度不再随距离的增加而减小，近似为一个常量。针对此天文大案，大致有三个“嫌疑犯”：

其一是万有引力公式，其二是不明物体，其三是真空背景。

万有引力公式的修正，牵扯面很广，毕竟还是有很多天文现象是符合万有引力公式的，而且可供修正的方式也是多种多样的，不好下手。理论界以证据不足为由，“释放”了万有引力公式。至于真空背景，自从狭义相对论提出后，人们已经取消了真空背景的“户籍”，不承认有这样一个“嫌疑犯”。

于是，剩下唯一的“嫌疑犯”——不明物质（暗物质），就直接升格为“罪犯”了。证据不足？没关系，先定罪，后找证据。然而，遗憾的是，几十年过去了，仍然没有找到确凿的证据。这说明“罪犯”太狡猾，把“罪证”隐藏得太深了（定义暗物质除了万有引力外没有任何其他的物理属性），还得加大气力继续搜集证据。这就是当前暗物质的现状。根据综合计算，暗物质是我们已知物质的5倍！这么多的暗物质应该比已知物质更常见，应该也会使我们附近的天体运行产生偏离万有引力公式的现象；即便是在遥远的“犯罪现场”，距离引力源较近的天体运动，也应该会产生可观的影响。

真空不空，第三个“嫌疑犯”再次冒了出来。既然前两个“嫌疑犯”的取证工作遇到了困难，我们不妨看看，真空背景是否有可能会导致天体产生偏离万有引力公式的运动。根据广义相对论以及马赫原理，物质与真空是可以相互影响的。真空并不是抽象的物理框架，而是由无数个离散的量子构成的；物质也不是超然于真空孤立存在的，是由一定数量的高能量子组成的能量包，其存在依赖于量子真空的屏蔽。两者在一定的条件下，是可以相互作用和相互转化的。因此，引力源的旋转，在一定的程度上可以带动其临近真空背景的转动。

如果真空背景完全刚性地随引力源转动，则真空背景的转动速度与相对引力源的距离成正比，然而由离散的量子组成的真空背景并不是刚性的，随着距离的增大，服从引力源转动的比例会越来越小。于是，两项相抵，真空背景的等效转动速度，在一定的范围内（忽略其他大物质的影响）近似为一个与距离无关的常数。由于离心力的产生是缘于相对真空背景的加速导致量子碰撞的不对称，所以引起离心力的线速度，是相对于真空背景而言的。于是，真正产生离心力的速度，是天体的表观速度减去真空背景的等效速度，即

V_离 ＝ V_表 - V_等

当距离引力源较近时，由于离心速度很大，天体的表观速度远大于真空背景的等效速度，后者可以忽略不计，属于符合万有引力公式的经典情况，即忽略真空背景的影响；当距离引力源较远时，由于离心速度迅速变小，天体的表观速度近似等于真空背景的等效速度。于是，天体表观速度不再随距离的增大而变小，显现为偏离万有引力公式的非经典情况。

真空背景的非平直分布，对天体运动的影响是普适的。即便是在太阳系也会受到这一影响，产生偏离万有引力公式的情况。只是，由于太阳的质量较小，其自转速度也比较慢（2km/s），所以由其产生的真空背景等效转速非常低，对太阳系内行星速度的影响微乎其微。尽管如此，人类早在19世纪还是发现了在太阳系中偏离万有引力公式的现象，即著名的水星剩余进动。

所谓进动，就是行星到太阳最远距离的连线，每绕行太阳一圈就会向前多转动一个角度。由于水星距离太阳很近，且其绕太阳运动的偏心率比较大，因而具有显著的进动。水星每百年大约有5600s的进动，其中有43s的进动无法由万有引力公式予以解释。因此，这43s的进动就被称为剩余进动。如果我们定义真空背景的等效速度与行星绕太阳公转的速度之比为速度偏差率，则速度偏差率就等于绕行一周的剩余进动率，由此计算出水星的速度偏差率为2.88×10^-5。水星绕太阳公转的速度为48km/s，乘以水星的速度偏差率，换算出在水星运动的区域，真空背景的等效转速是1.38m/s。

此外，根据爱因斯坦的质能公式，质量与其所包含的能量成正比，与光速的平方成反比。于是，如果宇宙是膨胀的，那么在遥远的过去（比如100亿年前），会因为量子真空的密度较大使光速较小，从而那时的质量要比现在大得多。也就是说，今天质量的“缺失”，是昔日质量效应较大的缘故。对于同一天体，将过去质量较大时候的离心速度与现在变小的质量相对应，必然会表现出相对于万有引力公式的偏离，因为两者不匹配。这就如同，将幼时的头像安到老年时的身上，虽然画的是同一个人，但在画中看到的却是一个怪物。更何况，宇宙早期空间效应的增大，还会导致引力常数变大。由此，可以解释引力透镜效应过大的现象，因为早年间的质量和引力都要比现在大得多。

就此可以结案了，暗物质被“无罪释放”。根据量子真空景观，不需要特设暗物质。 （待续）