茲威基認(rèn)為遙遠(yuǎn)的星系團(tuán)中有一些很獨(dú)特的物質(zhì)，它們不發(fā)光、也不吸收光、也不反射光，它們似乎只通過「萬(wàn)有引力」對(duì)這個(gè)世界施加影響，這些物質(zhì)看不見、摸不著，但是它們有質(zhì)量，它們是真實(shí)存在的，而且通過計(jì)算，這些看不見、摸不著的物質(zhì)似乎比那些發(fā)光的物質(zhì)還要多。

茲威基這個(gè)人性格比較怪癖，用現(xiàn)在的話說就是又傲嬌又毒舌，他的臉上常年掛著一副咄咄逼人的模樣，與同行的關(guān)系也非常緊張，總是喜歡把那些跟他學(xué)術(shù)有不同見解的同事們，親切地稱為“球形的混蛋”，因?yàn)檫@些人不論從哪個(gè)角度來看都是混蛋，這些話足以顯示出茲威基的傲慢。

俗話說，做人不能太得瑟，嘴上總要留點(diǎn)德，可以想象像茲威基這樣的人即便是再聰明、再有才恐怕也很難有幾個(gè)朋友，即便他的觀點(diǎn)在現(xiàn)在看來是如此的正確，可是當(dāng)年也不太會(huì)有人愿意與他繼續(xù)研究下去。更何況宇宙是如此的璀璨奪目，已經(jīng)有了那么多數(shù)不清的星星，茲威基這個(gè)時(shí)候還嫌不夠，非得給宇宙加點(diǎn)料，非要說那些看不見的物質(zhì)比星星還要多，也幾乎沒有人愿意相信宇宙中更多的物質(zhì)竟然是看不到的，于是茲威基這個(gè)重要的新發(fā)現(xiàn)在30年代，直接就被扔進(jìn)了回收站，一扔就是40年。

圖解：弗里茨·茲威基( Fritz Zwicky， 1898~1974) ，瑞士天文學(xué)家

上個(gè)世紀(jì)的70年代，一位女性天文學(xué)家魯賓在研究銀河系的恒星運(yùn)動(dòng)速度時(shí)，也有了一個(gè)新的發(fā)現(xiàn)，于是「暗物質(zhì)」這個(gè)概念從回收站中被提取出來得以重見天日了。按照「萬(wàn)有引力定律」，如果你圍繞著一個(gè)大質(zhì)量的天體旋轉(zhuǎn)，那么離得越近，速度就會(huì)越快，比如在太陽(yáng)系離太陽(yáng)最近的行星·水星的運(yùn)動(dòng)速度就一定要比離得最遠(yuǎn)的海王星的運(yùn)動(dòng)速度要快，如果把這個(gè)道理推廣到銀河系，應(yīng)當(dāng)是距離銀河系中心越近的恒星運(yùn)動(dòng)速度越快，離得越遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)速度就越慢。

然而，魯賓卻發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是遠(yuǎn)離星系中心的恒星還是距離星系中心更近的恒星，它們的運(yùn)動(dòng)速度都差不了很多，僅憑望遠(yuǎn)鏡中看到的那些發(fā)光的物質(zhì)完全是不可能將外圍的星體拽住的，它們?yōu)槭裁磿?huì)像脫韁的野馬一樣飛出去呢？

對(duì)此魯賓也不得不假設(shè)銀河系中有一些我們還無(wú)法用光線探測(cè)到的物質(zhì)，它們用引力影響了恒星的運(yùn)動(dòng)。

圖解：圖解：魯賓觀測(cè)到的銀河系中心恒星的運(yùn)動(dòng)軌跡

魯賓當(dāng)年所處的年代對(duì)女性天文學(xué)家是非常不友好的，比如她在本科階段是天文系唯一的女生報(bào)考普林斯頓大學(xué)天文系時(shí)，直接以女性為由拒絕錄取。1965年她甚至還是當(dāng)時(shí)第1個(gè)使用帕洛瑪天文臺(tái)的女性科學(xué)家，如此重要的發(fā)現(xiàn)竟然讓一個(gè)女同志發(fā)現(xiàn)了，那豈不是打男同胞們的臉嗎？于是魯賓的研究成果自然是受到了很多嘲諷。更重要的原因是很多人認(rèn)為這些現(xiàn)象未必不能用其他的原因解釋，比如黑洞，比如一些不發(fā)光的氣體云等等。

圖解：薇拉·(古柏)·魯賓(Vera (Cooper) Rubin，1928年7月23日-2016年12月25日)美國(guó)天文學(xué)家

總之「暗物質(zhì)」30年代第1個(gè)發(fā)現(xiàn)它的人是個(gè)瘋子，40年后又讓一個(gè)女同志發(fā)現(xiàn)，科學(xué)界在上個(gè)世紀(jì)80年代以前對(duì)「暗物質(zhì)」一直不是非常重視，到了80年代人們?cè)谟?jì)算星系總質(zhì)量時(shí)又發(fā)現(xiàn)了問題。

如何計(jì)算星系的總質(zhì)量？

「廣義相對(duì)論」告訴我們，無(wú)論是普通物質(zhì)還是「暗物質(zhì)」，只要有質(zhì)量就會(huì)使時(shí)空彎曲，一顆天體的質(zhì)量越大，附近的時(shí)空彎曲程度就會(huì)越厲害，一顆遙遠(yuǎn)的天體發(fā)出的光線經(jīng)過星系后，引力所引起的時(shí)空彎曲就會(huì)使得光線發(fā)生彎折，如果觀測(cè)到了這些遙遠(yuǎn)天體圖像的彎折就能夠計(jì)算星系的質(zhì)量，這種計(jì)算方法所得出來的質(zhì)量叫做——「引力質(zhì)量」。

圖解：質(zhì)量使時(shí)空彎曲

科學(xué)家還有另外一種方法，就是通過星系中所有可見的物質(zhì)發(fā)出的光線來計(jì)算，這種方法所得的質(zhì)量叫做「光度學(xué)質(zhì)量」。

科學(xué)家經(jīng)過計(jì)算后發(fā)現(xiàn)「引力質(zhì)量」和「光度學(xué)質(zhì)量」似乎怎么樣都對(duì)不上，總是差了10倍左右，鐵一般的事實(shí)說明——宇宙中大部分的物質(zhì)就是看不見的。

「暗物質(zhì)」的存在，還有另外一個(gè)強(qiáng)有力的證據(jù)，那就是——「引力透鏡」。當(dāng)光線透過彎曲的時(shí)空就會(huì)發(fā)生偏折，就像光線在棱鏡中出現(xiàn)折射一樣。

1980年，天文學(xué)家的空中發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)一模一樣的「類星體」，這是人類第1次觀測(cè)到「引力透鏡效應(yīng)」，從此「引力透鏡」變成為尋找「暗物質(zhì)」的有力武器。例如2007年天文學(xué)家在室女星系團(tuán)中發(fā)現(xiàn)了明顯的引力效力，卻看不見任何恒星星體的物質(zhì)，但是有一個(gè)巨大的引力場(chǎng)，這里很有可能有一個(gè)全部由「暗物質(zhì)」構(gòu)成的星系。

圖解：「引力透鏡效應(yīng)」

「暗物質(zhì)」存在最有力的一個(gè)證據(jù)來源于一次慘烈的星系碰撞事件

距離我們38億光年的「子彈星系團(tuán)」附近兩個(gè)星系來了一次調(diào)整的親密接觸，物質(zhì)融合在了一起合成了星系團(tuán)，天文學(xué)家們先是用光學(xué)的方法測(cè)量了兩個(gè)星系普通物質(zhì)質(zhì)量的位置，同時(shí)又用「引力透鏡」測(cè)量了星系團(tuán)中總質(zhì)量的位置，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)位置并不重合，這也就意味著在星系碰撞的過程中，兩個(gè)星系的正常物質(zhì)和「暗物質(zhì)」表現(xiàn)是不一樣的。

正常物質(zhì)之間的碰撞是玩真的，彼此之間會(huì)摩擦、會(huì)升溫、會(huì)釋放X射線。而「暗物質(zhì)」它們?cè)谂鲎蚕啾戎戮褪峭嫣摰牧?，彼此之間竟然不受阻礙地互相穿過，在碰撞的過程中大量不發(fā)光的物質(zhì)，竟然順暢地彼此擦肩而過了，只有那些發(fā)光的物質(zhì)彼此粘在一起并摩擦，從而放慢了腳步，這是兩種完全不同的碰撞過程。

星系的結(jié)合過程中，「暗物質(zhì)」和正常物質(zhì)發(fā)生了分離，這也是目前為止「暗物質(zhì)」存在的最有力的證據(jù)。

圖解：「子彈星系團(tuán)」附近兩個(gè)星系碰撞在一起

既然有如此之多「暗物質(zhì)」存在的證據(jù)，那么此時(shí)能否人贓并獲一舉拿下了呢？

上述例舉了很多匪夷所思的天文現(xiàn)象，如果我們假設(shè)「暗物質(zhì)」存在，那么這些現(xiàn)象就全部說的通了，但是我們卻始終沒有抓到「暗物質(zhì)」的原型來告訴人們這個(gè)就是「暗物質(zhì)」。

根據(jù)最新的觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在宇宙中所有的物質(zhì)中，80%以上是「暗物質(zhì)」，是普通物質(zhì)的6倍之多，而我們卻對(duì)它們知之甚少。所謂的「暗物質(zhì)」看不見、摸不著、也不發(fā)射光線、也不吸收光線，主要通過引力與其他物質(zhì)相互作用，我們只知道它們不帶電與普通物質(zhì)的作用十分微弱，也不參與電磁作用，僅此而已。

另一方面，我們?nèi)祟愑?種感覺——視覺、聽覺、嗅覺、觸覺和味覺，這些感覺全部是基于電磁相互作用的。比如觸覺依賴于電磁振動(dòng)，而視覺是因?yàn)閹д姷馁|(zhì)子和帶負(fù)電的電子相互作用的過程中不斷發(fā)射和吸收光子。而「暗物質(zhì)」不參與任何電磁作用，當(dāng)光照在「暗物質(zhì)」上時(shí)它不會(huì)有任何的反應(yīng)，它甚至還可以輕松的從地球的一端穿越到另外一端，我們也不可能用一個(gè)容器把「暗物質(zhì)」裝起來，那么應(yīng)該如何尋找「暗物質(zhì)」呢？

人們最早認(rèn)為「暗物質(zhì)」是一些我們熟悉的不發(fā)光的物質(zhì)，比如黑洞。

「黑洞」和「暗物質(zhì)」一個(gè)暗一個(gè)黑，但其實(shí)差的很遠(yuǎn)，黑洞的黑，是指的它能夠吞噬一切物質(zhì)，就連光進(jìn)入黑洞以后都無(wú)法逃脫，但霍金說過黑洞其實(shí)并不黑，它強(qiáng)大的引力會(huì)使得氣體朝向黑洞落下，被加熱至幾十億度的高溫，會(huì)以噴流和風(fēng)的形式向外輻射物質(zhì)和能量。2019年科學(xué)家還給一個(gè)距離地球5,500萬(wàn)光年，質(zhì)量為太陽(yáng)60億倍的黑洞拍了一張照片。

圖解：2019年4月10日首張黑洞照片，史上第一張黑洞照片揭開了神秘面紗

而「暗物質(zhì)」與其說是暗還不如說是透明，它根本不會(huì)與任何光線發(fā)生作用，給「暗物質(zhì)」拍照只會(huì)讓你拍到一片虛無(wú)。

還有一個(gè)更重要的問題，「黑洞」再黑也是由我們所知的普通物質(zhì)組成的，比如一顆大質(zhì)量的恒星，在它的晚年就會(huì)演化成為一個(gè)黑洞，然而科學(xué)家把所有的物質(zhì)全部算進(jìn)去后，依然無(wú)法解釋星系運(yùn)動(dòng)速度過快、「引力透鏡」、星系碰撞過程中物質(zhì)分離等問題，所以科學(xué)家的結(jié)論是——「暗物質(zhì)」明顯不是我們目前所知的任何物質(zhì)類型。

一方面天文觀測(cè)的數(shù)據(jù)表明「暗物質(zhì)」必須存在。另一方面它又不是我們目前所知的任何物質(zhì)。科學(xué)界此時(shí)的情況，就好像考試要交卷了，卻發(fā)現(xiàn)有好多道題沒有寫，盡管不知道答案是什么，但是這個(gè)時(shí)候只能先假設(shè)了。

圖解：暗物質(zhì)模擬圖

目前科學(xué)界最熱衷的「暗物質(zhì)」的答案叫做「大質(zhì)量弱相互作用粒子，英文簡(jiǎn)稱WIMP」

「WIMP」是一種新的粒子，聽名字就知道，它主要參與弱相互作用，與普通物質(zhì)的作用非常微弱，而且質(zhì)量比較大。關(guān)于大質(zhì)量弱相互作用粒子，目前已經(jīng)完成了兩項(xiàng)工作：

第一，給它起了一個(gè)名字。

第二，我們花了很多錢上天、入地尋找它們。

所謂入地，指的是一種守株待兔式地尋找「暗物質(zhì)」的方法?？茖W(xué)家假定「暗物質(zhì)粒子」有一定的概率會(huì)與原子核發(fā)生碰撞，然后利用靈敏的儀器探測(cè)到這種相互作用，但是宇宙射線是這種實(shí)驗(yàn)的干擾因素，因此這樣的實(shí)驗(yàn)必須深入地底，許多國(guó)家都通過挖坑的方式埋藏實(shí)驗(yàn)室，這其中就包括我國(guó)的「錦屏地下實(shí)驗(yàn)室」。遺憾的是，目前為止全世界所有的地下探測(cè)暗物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室都交了白卷。

圖解：中國(guó)「錦屏地下實(shí)驗(yàn)室」

所謂上天，指的是按照現(xiàn)有的模型，當(dāng)「暗物質(zhì)」和它自己的反粒子發(fā)生碰撞以后，會(huì)像正常的物質(zhì)一樣相互洇滅，然后產(chǎn)生人類可以觀測(cè)到的高能電子，在宇宙深空精確的探測(cè)高能電子也許就能發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的蛛絲馬跡。這里不得不提的就是我國(guó)的「“悟空”號(hào)暗物質(zhì)探測(cè)衛(wèi)星」，它是目前世界上觀測(cè)范圍最寬、能量分辨率最優(yōu)的暗物質(zhì)探測(cè)衛(wèi)星，然而目前這一方面的搜尋之路也是沒有什么有說服力的結(jié)果。

圖解：「“悟空”號(hào)暗物質(zhì)探測(cè)衛(wèi)星」

就目前來看，不論是上天還是入地，尋找「暗物質(zhì)」就是這么難。另外還有一種思路，那就是——既然尋找「暗物質(zhì)」這么難，我們就把它造出來得了，這就是在加速器中制造暗物質(zhì)。比如說歐洲的「大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)」可以將質(zhì)子加速到接近光速，那么如此高速的質(zhì)子碰撞，會(huì)不會(huì)產(chǎn)生「暗物質(zhì)」呢？

如果碰撞后產(chǎn)生了未知的質(zhì)量或者能量虧損，這部分虧損很有可能就是被「暗物質(zhì)」拿去了，科學(xué)家曾經(jīng)對(duì)大型對(duì)撞機(jī)充滿了希望，可是即便沖撞的能量已經(jīng)超過了質(zhì)子質(zhì)量的1000倍，卻連暗物質(zhì)的影子都沒有發(fā)現(xiàn)。如果我們找一個(gè)東西一直找不到，一般有兩種原因：

對(duì)暗物質(zhì)這個(gè)問題，如果我們回過頭來思考——是不是有可能暗物質(zhì)本身就不存在，而是我們的理論出了問題？

舉例說明：

如果在你的家中有這么一條定律——「媽媽說了算」。

這個(gè)定律能夠在整個(gè)社會(huì)上應(yīng)用嗎？顯然不能嘛！

我們現(xiàn)有的引力理論是「廣義相對(duì)論」，它也只能是在太陽(yáng)系的尺度上得到了很好的檢驗(yàn)，但是在星系和宇宙的尺度上，誰(shuí)也不敢打包票「廣義相對(duì)論」一定是適用的，于是也有一些科學(xué)家認(rèn)為「暗物質(zhì)」其實(shí)是不存在的，之所以我們不得不假設(shè)暗物質(zhì)存在的原因是，我們的理論還有問題。

1983年，一位以色列的物理學(xué)家莫德海·米爾格羅姆曾經(jīng)有了一個(gè)大膽的想法，他提出了一個(gè)全新的理論，名為「修正牛頓動(dòng)力學(xué)」，他假設(shè)牛頓的引力定律并不完全和距離的二次方成反比，他也假設(shè)牛頓的第二定律中還出現(xiàn)了兩個(gè)不同的加速度，經(jīng)過他這么一改，很多現(xiàn)象都解釋得通了，不過這樣一來，我們要把400年來都信奉的牛頓理論推翻，也不知道牛頓得知這件事情以后會(huì)不會(huì)給這位以色列科學(xué)家托托夢(mèng)。

此外，這個(gè)「修正牛頓動(dòng)力學(xué)」也不能解釋所有的現(xiàn)象，比如星系碰撞時(shí)所產(chǎn)生的奇異現(xiàn)象。

還有一些科學(xué)家也提出了其它的「暗物質(zhì)理論」，比如包括張量、矢量、標(biāo)量引力理論，「熵引力理論」，「負(fù)質(zhì)量暗流體理論」等等，相信大家聽了這些名字和我的感覺一樣，光聽名字就已經(jīng)開始搖頭不懂了。

總之，科學(xué)家們?cè)诶酶鞣N手段尋找傳說中的「暗物質(zhì)」，也可能它隱藏的太深了，也可能它根本就不存在。

黃姤結(jié)語(yǔ)·「暗物質(zhì)」其實(shí)從嚴(yán)格的意義上來說，「暗物質(zhì)」只能是一種假說

有許多證據(jù)能夠證明這種假說成立，屬于那種非?？孔V的假說，別看研究「暗物質(zhì)」已經(jīng)研究了很多年了，但其實(shí)除了知道「暗物質(zhì)」的幾個(gè)特性以外，對(duì)它們還是一無(wú)所知的。

「暗物質(zhì)」存在與否其實(shí)并不是最重要的，我們?cè)趯ふ宜倪^程中對(duì)宇宙的認(rèn)知又進(jìn)一步深化了，這才是更重要的事情。

「暗物質(zhì)」——一個(gè)必須存在，卻又找不到的物質(zhì)。