文/選自飛碟探索
怎么解釋“我們所看到的宇宙必須有暗物質(zhì)和暗能量”？暗物質(zhì)和暗能量是觀測(cè)誤差嗎？目前已觀測(cè)到的宇宙現(xiàn)象，必須要通過(guò)暗物質(zhì)和暗能量才能解釋嗎？這個(gè)觀點(diǎn)是否已經(jīng)被科學(xué)家廣泛接受？
在討論暗物質(zhì)以前，我寫(xiě)過(guò)幾篇這方面的文章，幾乎總能收到某種反饋，指責(zé)物理學(xué)家懶惰、頑固，甚至在學(xué)術(shù)上不誠(chéng)實(shí)。對(duì)某些人來(lái)說(shuō)，暗物質(zhì)似乎像物理學(xué)家的胡言亂語(yǔ)，用來(lái)掩飾他們對(duì)宇宙一無(wú)所知的事實(shí)。
我們回顧一下，在20世紀(jì)20年代，天文學(xué)家弗里茨·茲威基發(fā)現(xiàn)星系成團(tuán)成簇地高速轉(zhuǎn)動(dòng)，除非有大量非恒星及非氣體形式的物質(zhì)存在，否則這些團(tuán)簇用不了多長(zhǎng)時(shí)間就會(huì)四散而去。20世紀(jì)70年代，維拉·魯本在單個(gè)星系中發(fā)現(xiàn)了同樣的情況。據(jù)粗略估計(jì)，宇宙中95%的物質(zhì)都是不為我們所知的東西。
將宇宙萬(wàn)物細(xì)分開(kāi)來(lái)，普通物質(zhì)占5%，暗物質(zhì)占25%，其余70%是暗能量。
現(xiàn)在我還不想從暗能量開(kāi)始講，因?yàn)楸M管暗能量對(duì)宇宙膨脹有加速作用，但如果你不理解暗物質(zhì)，就很難弄明白暗能量。不是我們不大了解暗物質(zhì)的起源，只是那個(gè)“自然”值（基于真空能量所做的合理假設(shè)得出）是我們實(shí)際觀察到的密度的10倍至100倍。在我看來(lái)，這絕對(duì)是物理學(xué)界最大的問(wèn)題。
對(duì)暗物質(zhì)高度肯定的所有知識(shí)都已在名稱(chēng)上表現(xiàn)出來(lái)。它不帶任何電荷（光與帶電粒子有強(qiáng)烈的相互作用，所以很容易看到），不是由原子構(gòu)成的，因?yàn)樵右脖容^容易看到。有些人對(duì)暗物質(zhì)如此不屑，是因?yàn)樗麄冎豢吹侥切├系粞赖桨滴镔|(zhì)粒子；②我們實(shí)際上不清楚暗物質(zhì)是什么。
可是，我們有許多理由相信暗物質(zhì)的存在，因?yàn)樾窍狄坏╇x開(kāi)暗物質(zhì)將會(huì)分崩離析。下面是三個(gè)很好的理由。
一、引力透鏡
光線(xiàn)穿過(guò)大質(zhì)量物體時(shí)會(huì)發(fā)生彎曲，因此我們可以利用背景星系的扭曲圖像繪制宇宙質(zhì)量圖。我們對(duì)數(shù)個(gè)超大質(zhì)量的星系團(tuán)進(jìn)行了透鏡重建并且發(fā)現(xiàn)了許多額外質(zhì)量，但是只有一個(gè)系統(tǒng)備受媒體關(guān)注。著名的子彈星系團(tuán)是兩個(gè)星系團(tuán)碰撞的產(chǎn)物，圖像頂部是碰撞的區(qū)域（下圖中紅色部分）。圖片上的藍(lán)色表示引力透鏡中顯示的質(zhì)量所在的位置。無(wú)論這些質(zhì)量由什么組成，都不可能是氣體或恒星。這是迄今最接近“看到”的暗物質(zhì)的圖像。
在暗物質(zhì)研究中，透鏡重建具有雙重功能，我們還可以利用它在銀河系里尋找暗星（或許還有黑洞）。只要有一個(gè)暗星或黑洞在更遙遠(yuǎn)的恒星面前經(jīng)過(guò)，這顆恒星便會(huì)被放大。這種想法聽(tīng)上去很酷，但是我們現(xiàn)在可以肯定地說(shuō)，銀河系（可能還有其他星系）里存在的黑洞不夠多，不能解決暗物質(zhì)的問(wèn)題。
二、大爆炸
即使你相信宇宙中存在未被觀測(cè)到的質(zhì)量，也不意味著暗物質(zhì)有什么特別奇異之處，它可能就是普通物質(zhì)，只是不知何故我們看不見(jiàn)而已。我們很清楚宇宙大爆炸過(guò)程中氫元素是如何產(chǎn)生的。事實(shí)上，化學(xué)非常簡(jiǎn)單，真正能夠套入的數(shù)字只有宇宙中原子質(zhì)量的密度。例如，如果宇宙中的所有物質(zhì)都很普通，那么我們看到的氘只有實(shí)際的1/1000。
三、歷史先例
事實(shí)上我們還從來(lái)沒(méi)有看見(jiàn)過(guò)暗物質(zhì)粒子，如果因此而止步那就不應(yīng)該了。1920年，盧瑟福預(yù)言了中子（也是一種中性粒子，因此很難檢測(cè)到）的存在，過(guò)了12年中子才被發(fā)現(xiàn)。狄拉克預(yù)言反物質(zhì)的存在，比第一次檢測(cè)到早了27年。1930年，泡利預(yù)言了中微子的存在，26年后中微子才被發(fā)現(xiàn)。我們有很好的追蹤記錄，所以能夠在看到某些物質(zhì)之前推測(cè)到它們的存在；我們有好的理論，所以如果大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)或其他實(shí)驗(yàn)設(shè)備探測(cè)到“最輕超對(duì)稱(chēng)粒子”，那也是意料中的事；如果最終證明是其他什么，我們同樣不會(huì)感到驚訝。
這還不是全部。如果在我們的宇宙圖像中加入暗物質(zhì)，就能非常完美地解釋一切，包括宇宙微波背景中分布的熱暗斑塊以及宇宙的年齡、星系的演變和結(jié)構(gòu)。如果沒(méi)有暗物質(zhì)，這一切都解釋不通。
不過(guò)仍然有人可能會(huì)問(wèn)，修正了的牛頓動(dòng)力學(xué)能解釋暗物質(zhì)的必要性嗎？從根本上說(shuō)，這是在問(wèn)如果愛(ài)因斯坦錯(cuò)了怎么辦。當(dāng)然，愛(ài)因斯坦可能會(huì)錯(cuò)。如果是這樣的話(huà)，我們的一兩個(gè)論點(diǎn)會(huì)有點(diǎn)麻煩，但不影響其他。但是牛頓動(dòng)力學(xué)有一個(gè)非常大的障礙要克服：它必須能夠解釋相對(duì)論。無(wú)論到哪天，我都把寶押在暗物質(zhì)和廣義相對(duì)論上。
暗物質(zhì)“存在說(shuō)”趨明朗：
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