“我的成就，當歸功於精微的思索。”——艾薩克·牛頓
你認為引力簡單嗎？說實在的，引力是四大基本力中最“玄乎”的一種力。你說它簡單它就簡單，你說它難它可是真是難，引力是我們人類最早發現的、也是最直觀的一種自然力，但就目前來說也是我們最不理解的一種力。雖然經過了牛頓理論再到愛因斯坦理論的對引力的修正，我們似乎已經掌握引力，並且利用我們已知的引力理論將探測器也發射到了非常遙遠的星球，如冥王星，其精確度可達12公里。
但有時我們的引力模型並不完全符合現實情況。即使是愛因斯坦的引力理論在天文測量上也存在異常且微小的差異。所以引力自古以來就是人類科學上的一個疑難雜症！今天我們就聊下，引力的發展以及目前還存在哪些問題？這些問題很有可能會導致我們對宇宙產生全新的認識。
引力的發展和完善
1687年，牛頓以一篇跨時代的歷史鉅著首次提出了萬有引力，人類這才知道原來兩個質量物體之間存在吸引力，這一些就解釋了我們以前根本就無法解釋的事情。例如：開普勒在牛頓之前就提出了行星運行的三大定律，這就太陽系行星的運行提出了一個精確的理論模型，但是開普勒並不知道這些行星為何要繞太陽運行，引力的發現就解決了這個問題。至此我們就能已非常好的精度去預測太陽系行星的運行軌道。
那麼到了19世紀中期，很明顯，人們發現天王星的軌道與牛頓理論的預測不一致，尤其是與開普勒第二定律的表述不一致：行星在其軌道上運行應該在相同的時間掃過相同的區域。但天王星就違背的這條規律，在一段時間內天王星的移動速度比預測的要快（掃過的面積太大），再後來又比預測的要慢（掃過的面積太少）。
約翰·庫奇·亞當斯（John Couch Adams）和烏爾班·勒維耶（Urbain Le Verrier）認為，天王星出現這種偏差可能是由於一顆未被發現的行星的引力作用造成的，他們獨立計算這顆未知行星可能的位置。於是人們在1846年就發現了海王星的存在。牛頓引力就算是躲過了一劫。
1859年，勒維耶又對水星的軌道做了詳細的分析，發現它也偏離了牛頓引力的預測。於是人們就效仿天王星的問題，預測可能在水星軌道內部存在一顆離太陽更近的行星，稱之為火神星。然而，這種一廂情願並沒有解決實際的問題，事實上水星的異常是由於牛頓理論的不完整造成的。1915年，阿爾伯特·愛因斯坦證明了水星的異常可以用廣義相對論來解釋。雖然我們最終沒有得到一顆全新的行星，但我們對宇宙有了全新的認識。
通過對牛頓引力的完善，多年來我們對軌道運動的測量和預測已經變得十分精確，但仍有存在一些偶然的異常現象。其中最著名的可能是“先鋒異常”。
探測器運行異常
1971年建造中的先鋒10號。
“先鋒10號”和“先鋒11號”探測器於20世紀70年代初發射，是首批前往外太陽系的探測器。雖然探測器在進入太空後的工況比人們當時預期的要好，但在其飛行過程中卻發現了異常。先鋒號宇宙飛船在遠離太陽時逐漸減速，這一點在科學家的預料之中，主要是由於太陽的引力作用，部分是由於太陽系中存在的氣體和塵埃會產生一些阻力。但是，當我們所有的因素都考慮進去後，還是發現先鋒號探測器的速度比預期的要慢一些，也就是說有一種神秘的力量在阻擋探測器前進，這種額外的減速非常小，但在一年的時間裡，探測器就會偏離預測位置近400公里。
先鋒號的異常現象導致科學家開始討論這種現象的原因，有些人猜測這可能是新物理學的一個標誌，一些人認為可以通過修正引力模型來解決這個問題，還有其他人認為這可能與暗能量有關。2012年，人們找到了一個更普通、也更簡單的一個解決方案。
先鋒探測器是通過放射性同位素熱電發生器（RTG）來提供核動力。RTGs會均勻地釋放熱量，而這些輻射會被髮射到探測器的探頭上（也就是前面那個大鍋蓋）導致熱反衝現象。但這只是一個猜測。
另外一種航天器運行的異常現象被稱為“飛越異常”。我們在航天器進入的深空的時候會讓航天器繞其他行星軌道飛行，然後為航天器加速，這就是我們常說的引力彈弓效應，但在這個過程中航天器的速度與理論偶爾會出現偏差。
這一異常現象在1990年伽利略號的飛掠中首次被觀察到，當時對其運動的仔細測量發現，飛掠後的航天器速度比預期要快4毫米/秒。1992年伽利略號第二次飛越地球時，沒有發現異常現象。1998年，NEAR探測器的速度增加了13毫米/秒。1999年，卡西尼號沒有出現任何異常現象。羅塞塔號在2005年的飛越中出現了異常，但在隨後的飛越中沒有，信使號探測器也沒有出現異常。
這種時斷時續的反常現象很是奇怪。人們排除了行星的自轉拖曳效應，橫向多普勒效應，但標準物理學就是無法解釋這一異常現象，於是人們就提出了更大膽的設想，如改進的引力理論、圍繞行星的暗物質暈，甚至還有一種被稱為“哈勃尺度卡西米爾效應”的量子引力過程。
當然，想要解釋航天器飛掠異常現象的困難在於，這種異常現象時有時無，不是每次都會發生，而且設計上完全不同的航天器異常數據還不一樣。所以科學家就提出了一些實驗來研究這種現象，比如歐空局的時空探索者和量子等效原理空間測試（st - quest），這些實驗將研究原子是如何在地球的偏心軌道上下落的，但是到目前為止實驗並沒有得到任何資助。所以這種異常現象目前還是無法解釋。
月球軌道偏心率的異常
引力測量的異常並不侷限於航天器。甚至連我們的月球也不像我們預期的那樣移動。在阿波羅計劃期間，宇航員在月球上安置的激光測距反射裝置。我們可以用激光測距對月球軌道進行極其精確的測量。目前我們對月球的軌道運行情況已經積累了數十年的數據，這使得我們對月球軌道運動的理解成為太陽系中已知的最精確的天體。例如，通過測距得知，隨著地球和月球之間的潮汐相互作用，地球會將自轉角動量傳遞給月球，因此月球距地球的平均距離每年會增加3.8釐米。
隨著時間的推移，潮汐作用也會影響月球軌道的形狀，也就是月球軌道的偏心率。但即使我們將潮汐作用考慮在內，還有一個額外變化仍無法解釋。也就是，月球的遠地點和近地點之間的距離每年都在以額外3.5毫米的速度發生變化，我們目前並不知道這是為什麼！
總結
也許真的有可能在外太陽系還存在一顆行星，也就是我們所說的行星9，是它的微小引力造成了以上的軌道異常，也許是其他更加微妙的因素我們沒有考慮到，也許是愛因斯坦的引力理論存在某種缺陷？
其實這些微小的異常並不會給我們探索外太空造成任何困擾。但是這些異常也需要我們在未來去解釋，科學就是在不斷解釋問題的過程中才會完善，如果哪天我們不再發現問題，那科學也就停滯不前了。
在科學上，有時正是這些小而不起眼的謎題就會打開通往未知的大門。
所以，我們也說，引力這東西我們最早發現，最早描述，但我們最不理解的也是引力。
閱讀更多 量子科學論 的文章
