暗物质

本世纪天文学“两朵乌云”：暗物质与暗能量

    上个世纪30年代，诺贝尔奖获得者密立根，曾致力于将位于美国加利福尼亚州南部城市帕萨迪纳的加州理工学院，建成世界一流的研究机构。他聘用的第一位从事天体物理研究的学者，是瑞士籍科学家弗里兹·兹威基。1934年，兹威基研究了星系团内星系的运动，首次提出暗物质存在的可能性。

    星系在宇宙中有一种成团倾向，彼此之间有引力联系，由其构成的体系称为星系群；若受引力束缚在一起的星系群不止几十个，而是几百个、上千个、几千个，那么就称为星系团。星系团中成百上千的星系，因被自身引力束缚，运动速度与引力必须达成平衡才不致出轨；而且引力越强，运动速度越快。然而，兹威基发现，星系团内星系远远不足以产生如此大的引力，一定还存在人类看不见的其他物质，他称之为暗物质。

    暗物质存在的直观证据，是引力透镜现象：当遥远星系发出的光途经某个星系团附近时，光线就会因星系团引力偏折，这时的星系团就好似一个透镜，朝这个方向望去就会看到巨大的光弧甚至同一个星系的几个不同镜像。

    1990年，美国航天飞机将哈勃太空望远镜送上太空。根据哈勃望远镜获取的观测资料，人们计算出宇宙年龄大约为120亿年～140亿年；然而天文学家已知有些古老的球状星团，它们的年龄约为140亿年～160亿年左右。这便显现出一种矛盾，即宇宙年龄居然比某些球状星团年龄小。

    后来，一个意外发现震动了科学界。天文学家称为Ia型的超新星，因其爆炸时发出光的亮度是固定的，故可作为一个标准烛光。知道了标准烛光，再用望远镜观测其亮度，就可确定其距离。十几年前，由利斯等人和帕尔莫特等人组成的两个独立天文研究小组几乎同时宣布：利用Ia型超新星作标准烛光，他们发现宇宙正在加速膨胀。此前，几乎所有人都认为宇宙膨胀一定是减速的，因为万有引力对膨胀只起减速作用。

    宇宙加速膨胀这一发现表明：宇宙年龄比人们原来想象的要长，而且其中要么存在斥力，要么存在科学家称之为暗能量的负压强。

    “了解暗物质和暗能量，是21世纪科学史的大挑战。”2008年10月12日，“隆重纪念望远镜发明400周年——科学大师演讲会”在北京人民大会堂举行，1957年诺贝尔物理学奖获得者、美国哥伦比亚大学教授李政道在演讲中提出上述观点。他指出：“宇宙总能量约5%是已知物质的能量；约25%是暗物质的能量，约70%是暗能量。但什么是暗物质、暗能量，我们不知道。”