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文/戴夫·戈德伯格 譯/劉璐 怎么解釋我們所看到的宇宙必定需要暗物質(zhì)或暗能量,？暗物質(zhì)或暗能量是觀測誤差嗎,？目前已觀測的宇宙現(xiàn)象,，必須要通過暗物質(zhì)和暗能量才能解釋嗎？這個觀點是否已經(jīng)被科學家廣泛接受,？ 我想為此做一下辯解,。在討論暗物質(zhì)以前，我寫過幾篇這方面的文章,，我?guī)缀蹩偰苁盏侥撤N反饋,，指責物理學家懶惰、頑固,，甚至在學術上不誠實,。對某些人來說，暗物質(zhì)似乎像物理學家的胡言亂語,，用來掩飾他們對宇宙一無所知的事實,。 
我們回顧一下,，20世紀的20年代，天文學家弗里茨·茲威基發(fā)現(xiàn),，星系成團成簇地高速轉(zhuǎn)動,，除非有大量非恒星或非氣體形式的物質(zhì)存在，否則這些團簇用不了多少時間就會四散而去,。20世紀70年代,，維拉·魯本在單個星系中發(fā)現(xiàn)了同樣的情況。據(jù)粗略估計,，宇宙中95%的物質(zhì)都是不為我們所知的東西,。 將宇宙萬物細分開來，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始講,，暗能量對宇宙膨脹有加速作用,，所以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“自然”值（從基于真空能量所做的合理假設得出）是我們實際觀察到的密度的10-100倍。在我看來,，這絕對是物理學界最大的問題。 我們對暗物質(zhì)高度肯定的所有知識都已在名稱上表現(xiàn)出來,。它不帶任何電荷（光與帶電粒子有強烈的相互作用,，所以很容易看到）,；它不是由原子構成的，因為原子也比較容易看到,。有些人之所以對暗物質(zhì)如此不屑,，是因為他們只看到那些老掉牙的論據(jù)，他們這樣武斷是因為：（1）我們從未檢測到暗物質(zhì)粒子,；（2）我們實際上不清楚暗物質(zhì)是什么,。 可是，我們有許多理由相信暗物質(zhì)的存在,，因為星系一旦離開暗物質(zhì)將會分崩離析,。下面是三個很好的理由： 一、引力透鏡 光線穿過大質(zhì)量物體時會發(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,。在那些對戴夫·戈德伯格背景信息感興趣的人看來，這就是我研究的領域,。我們對數(shù)超大質(zhì)量的星系團進行了透鏡重建（并且發(fā)現(xiàn)了許多額外質(zhì)量）,，但是只有一個系統(tǒng)備受媒體關注。著名的子彈星系團是兩個星系團碰撞的產(chǎn)物,。圖像頂部是碰撞的區(qū)域（圖中紅色部分）,。圖片上的藍色表示引力透鏡顯示質(zhì)量所在的位置。無論這些質(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”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）。只要有一個暗星或黑洞在更遙遠的恒星面前經(jīng)過,，這顆恒星便會被放大,。這種想法聽上去很酷，但是我們現(xiàn)在可以肯定地說,，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)問題。 二,、大爆炸 即使你相信宇宙中存在著未被觀測到的質(zhì)量,，這也不意味著暗物質(zhì)有什么特別奇異之處，它可能就是普通物質(zhì),，只是我們不知何故看不見而已,。我們很清楚宇宙大爆炸過程中輕元素是如何產(chǎn)生的。事實上，化學非常簡單,，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,，那么我們看到的氘要比實際看到的要少一千倍,。 三、歷史先例 事實上我們還從來沒有看見過暗物質(zhì)粒子,，如果因此望而卻步那就不應該了,。1920年，盧瑟福預言中子（也是一種中性粒子,，因此很難檢測得到）的存在,，過了十二年中子才被發(fā)現(xiàn)。狄拉克預言反物質(zhì)的存在,，比第一次檢測到早了27年,。1930年，泡利預言了中微子的存在,，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存在物之前推測到它們的存在,。我們有好的理論,，所以如果大型強子對撞機或其他實驗設備探測到“最輕超對稱粒子”，那也是意料中的事,；如果最終證明是其他什么,，我也同樣不會感到驚訝。 這還不是全部,。我們的宇宙圖像如果加入了暗物質(zhì),，就能夠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和宇宙的年齡,、星系的演變和結構,。如果沒有暗物質(zhì)，這一切都解釋不通,。 不過仍然有人可能會說,，修正了的牛頓動力學能解釋暗物質(zhì)的必要性嗎？從根本上說,，這是在問如果愛因斯坦錯了怎么辦,。當然，愛因斯坦可能錯了,。如果是這樣的話,我們的一兩個論點會有點麻煩,，但不影響其他,。但是牛頓動力學有一個非常大的障礙要克服：它必須能夠解釋相對論。無論到哪天,，我都把寶押在暗物質(zhì)和廣義相對論上,。 戴夫·戈德伯格，德雷克塞爾大學物理學副教授,，和杰夫·布朗奇斯合著有《宇宙用戶指南:在黑洞、時間悖論和量子不確定性中生存》,。 |
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