暗物質的故事大概是宇宙學中最奇怪的！

暗物質的故事大概是宇宙學中最奇怪的一章。回到20世紀30年代，加利 福尼亞工學院的瑞士天文學家費里茨?茲維基

（Fritz Zvvicky)注意到，后髮座星系團的星系運動不遵照牛頓重力定律。他發現，這些星系運動得太快，根據牛頓 運動定律它們應當飛離開來，星群應當解散。他想，能讓後發星座星系群聚在一 起而不是飛離的唯一辦法，是星群的質量要比望遠鏡看到的大幾百倍。要麼是 牛頓定律在極大的距離時多少有些不正確，要麼是在後發星座星系群中有巨大 的看不見的物質將它們聚集在一起。

這是在歷史上第一次指出，關於宇宙中物質的分布的有些事情是完全錯了。 不幸的是，由於以下幾個理由，天文學家一致拒絕或忽略了茲維基（Zvvicky)的先 驅工作。

第一，天文學家不願意相信幾個世紀以來占統治地位的牛頓重力理論會可 能出錯。在天文學中有過這樣的處理危機的先例。19世紀，在分析天王星的軌 道時發現它有些擺動，即它少許偏離了牛頓方程的預計。這樣要麼是牛頓錯了， 要麼有一顆新的行星的重力在吸引天王星。後者的說明是正確的，1846年按照 牛頓定律預計的位置在幾個小時之內發現了海王星。

第二，有一個茲維基(Zwicky)的個性和一個天文學家如何對待「外人」的問 題。茲維基（Zwicky)是一位空想家，在他的一生中常常被嘲笑或忽視。1933 年，他和沃爾特?巴德（Walter Baade) —起杜撰了「超新星」這個詞，並正確地預 計到直徑大約14英里(22. 53千米）的小中子星將是一顆爆炸星星的最終的殘 跡。這個想法太怪了，

以至在1934年1月19日《洛杉磯時報》的漫畫中受到嘲 笑。有一小組頑固的天文學家使他非常憤怒，他認為他們排斥他、不承認他、偷 竊他的思想，用直徑100到200英寸的望遠鏡來放大詆毀他。（在他1974年死 前不久，他自己出版了一個星系的目錄。目錄開頭的標題是：「提醒美國天文學 的主教和獻媚者。」這篇論文尖銳地批評那些所謂的天文學精英的排外做法，將 像他這樣的持不同意見者排斥在外。他寫道：「今天的獻媚者和徹頭徹尾的小 偷，特別是在美國的天文學界，似乎是肆無忌憚地盜竊持不同意見者和非遵逢者 的發現和發明。」他把這些人叫做「天體私生子」，因為「無論你怎麼看，他們都是 私生子」。當為中子星的發現而頒發的諾貝爾獎忽略了他而授予別人時，他感 到非常憤怒。）

1962年，天文學家維拉?魯賓

（Vera Rubin >再次發現這個奇怪的銀河運動 的問題。她研究了銀河系的旋轉，發現了同樣的問題。她也受到類似的天文學 界的輕視。通常，行星離太陽越遠它跑得越慢，離得越近它跑得越快。這就是為 什麼水星以速度之神命名的原因，它離開太陽最近跑得最快。為什麼冥王星的 速度比水星慢10倍呢？因為它離開太陽最遠。然而，當維拉?魯賓（Vem Rubin)分析我們星系中的藍星時，她發現這些星星以同樣的速率繞星系旋轉，不管它們離開星系中心有多遠（叫做平直的旋轉曲線），因此違背了牛頓力學的概 念。事實上，她發現銀河系旋轉得如此之快，按理應該飛出去。但是大約丨00億 年來，這個星系十分穩定。為什麼旋轉[ttl線是平的成了一個秘密。為保持這個 星系不分解，它必須比當前科學家想像的重10倍。顯然，銀河系90%的質量丟 失了！

維拉?魯賓（Vem Rubin)被忽視了，部分原因是她是一位婦女。她有些痛 苦地回憶到，當她申請去斯沃斯莫爾（Swarthmore)學院讀科學專業，並禮貌地告 訴招生負責人說她喜歡繪畫時，會見者說：「你有沒有考慮過繪製天體美景這個 職業呢?」她回憶說這句話成了我們家的一句時髦用語，不管什麼事情、什麼 人錯了，我們都會說你有沒有考慮過繪製天體美景這個職業呢?」

當她告訴她的高中物理老師她被接受去瓦瑟（Vassar)讀書時，他回答：「只 要你不沾科學的邊，就不會有什麼問題。」(她後來回憶道對待這樣的事情，需 要自尊才不至於被壓垮。」）

畢業後，她申請並被接受去哈佛大學，但她沒有去，因為她和一位化學家結 婚了，跟她丈夫去了科內爾（Cornell)。（她得到哈佛大學的一封回信，信底有一 行手寫的話該死的婦女！每當我得到一位好的學生，一切都準備好後，她又 跑了、結婚了。」）近來，她參加了在日本召開的一次天文學會議，她是與會的唯 一婦女。她承認很長一段時間以來，我一講這些故事就不得不哭，因為在一 整代人中，可怕的命運沒有改變。」

然而，在她的仔細工作和其他人的工作的影響下，天文學界開始相信丟失質 量問題。到1978年為止，魯賓（Ruhin)和她的同事考察了 11個螺旋星系。這些 星系都旋轉得太快，根據牛頓定律不能聚在一起。同一年，荷蘭射電天文學家艾 伯特?博斯馬（Albert Bosma)發表了迄今為止最完整的幾十個螺旋星系的分析。 幾乎所有這些星系呈現同樣的反常行為。這似乎最終使天文學界信服暗物質的 確存在。

對這個令人煩惱的問題的最簡單的解釋方法，是假定這些星系被不可見的 光環包圍，光環所包含的物質比星星本身大丨0倍。自那時以來，已開發出更完 善的測量這些不可見物質存在的手段。給人印象最深的辦法是測量光線通過這 些不可見物質發生的扭曲。像你的眼睛的鏡片一樣，暗物質也能使光線彎曲。 (因為它的巨大質量和由此產生的巨大重力。）近來，通過用計算機仔細分析哈 勃空間望遠鏡的照片，科學家能夠構造整個宇宙暗物質分布圖。

科學家一直在熱烈地探討暗物質是由什麼構成的。有些科學家認為暗物質 也許是由普通物質構成的，不同的是它非常暗淡（即由幾乎不可見的褐色矮星、 中子星、黑洞組成）。這樣的物體由「重物質」集合在一起，即由熟悉的重子（如 中子和質子）構成。這些物體全都叫做MACHOs(重的緊湊的光環物體的縮寫， Massive Compact Halo Objects) 0

另一些人認為，可能暗物質是由非常熱的非重子物質，如中微子（叫做熱的 暗物質）構成。然而，中微子運動太快，不能解釋在自然界看見的大量暗物質和 星系。還有一些人認為，暗物質是由完全新型的叫做「冷暗物質」，或弱相互作 用重粒子（WIMPS,weakly interacting massive particles)構成的，它們是解釋大多 數暗物質的主要候選人。

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