发现暗物质的时代

发现暗物质的时代打开文本图片集通过一系列实验和观测，科学家们或许距离破解一个最复杂的宇宙谜团——暗物质，只有一步之遥了。今年是首次假定暗物质存在 80 周年。如今，80 年过去了，我们依旧不知道这种难以捉摸的物质到底是什么。尽管天体物理学家们比过去更有信心，声称我们宇宙的大部分质量属于暗物质，但在追寻其本质时，往往空手而归。暗物质的故事发端于 1933 年，当时聪慧又古怪的加州理工学院天体物理学家兹维基（Fritz Zwicky）发现了后发星系团的一些奇异之处：尽管其中的星系看似以引力作用相互束缚，但从它们很高的运动速度来看，星系团将不可避开地分崩离析。然而后发星系团却并未瓦解。难道这个遥远星系团中的恒星比我们星系的恒星更重？或者宇宙中并不处处适用相同的物理定律？难道，尽管看到星系团解体的可能性微乎其乎，但我们看到的恰恰就是这一时刻？在考虑了各种可能性以后，兹维基推断，假如假定后发星系团中存在大量的不可见物质，这个难题就可以迎刃而解。随着这个想法的提出，暗物质假说应运而生。自上世纪 30 年代以来，关于宇宙中存在大量不可见物质的假设获得了很多观测支持。尽管兹维基关于后发星系团的论文当时并未说服大多数科学家，但到了 70 年代末期，暗物质存在的证据已经相当有说服力，使得天文界中很大一部分学者转而承认确实存在着一个“失踪质量问题”。Vera Rubin、Kent Ford 等科学家对星系旋转的精细观测清楚地表明，仅仅依赖从望远镜中直接看到的物质——恒星和气体——远远不足以解释许多星系和星系团的运动。科学家们目前估量，宇宙中六分之五的质量属于暗物质。关于“失踪质量”是由什么构成的，有很多种猜想，其中包括各类奇异的恒星，这些恒星过于暗弱，难以用望远镜观测到。不过对白矮星、中子星及其它暗弱天体的搜索，并未发现足以解决问题的数量。最近的搜索也排除了暗物质是由行星、褐矮星及大质量黑洞构成的想法。不过，无论暗物质到底是什么，它都不是由原子构成的，或者任何已知的其它物质形式。一些物理学家提出了更加大胆的猜想，认为宇宙中的引力作用可能与牛顿或爱因斯坦预言的方式不同，这就会使星系旋转的方式改变，这样就消除了假定有暗物质存在的必要。最初，这种“修正的牛顿动力学”（MOND）看起来是很可行的，不过，近期对星系团及宇宙微波背景辐射的观测数据都强烈地支持暗物质的存在，而很不支持“MOND 理论”。如今，所有的迹象都表明，星系和星系团都包裹...