|
忘掉猫啊狗啊以及带有另一种现实的平行宇宙。 忘掉量子世界。 忘掉那个缩微版的你。 你现在又回到太空中，变成了纯意识。 你已经看到微观世界充满谜团，现在你想验证一下爱因斯坦的理论是不是普遍适用在所有地方，或者它也有着同样的局限性。 你在太空。地球现在在你身后，你正朝前飞去。你飞过了月球、太阳和我们的恒星邻居们。 直到这儿，爱因斯坦的引力理论依然完美适用。恒星们与行星们按预期运行着。 你飞离银河系，进入星系间空间，然后停了下来。 银河系在你的下面，就在那里。其他星系在远方闪闪发光。含有几千亿颗恒星的巨大旋臂们放射出光亮照耀着黑暗的宇宙背景。 你对引力的知识让你知道，就像围绕着太阳转动的行星一样，星系里转动着的恒星的速度也不会是随机的。转动得太快的恒星将脱离星系的护佑，成为孤独的飘荡者，游荡在星系与星系间的巨大空间里。如果恒星们转得太慢，它们将沿着被其他所有恒星们所造成的时空斜坡滑落，这个斜坡将引领它们滑向星系中心——那个满是恒星的中心突起处，最终被那耐心等待在那里捕食一切的巨大黑洞吞噬或毁灭。如果没有一个正确的速度让自己保持稳定轨道，一颗恒星或者飞出星系，或者注定掉落，就像在大碗中转动的玻璃珠，或者落到碗底，或者飞出碗外。 你记得牛顿的引力理论就恰恰在引力太强时出了问题。在太阳边上，他的方程式需要修正才能解释水星轨道的漂移。爱因斯坦通过革命了我们对于时空的理解而完成了对牛顿理论的修正。现在，一百年之后，轮到爱因斯坦面对尺度的挑战了。在整个星系边上，爱因斯坦的理论表现如何？面对几千亿颗恒星而不是一颗的时候，他那个关于时空弯曲的理论还适用吗？ 这就是你现在要验证的。 你拿出秒表，开始给那些在银河系中运动着的恒星们计时。同时调查三千亿颗恒星可不容易，所以你从最外围的那些开始，那颗位于一个巨大旋臂的顶头的恒星，它与我们银河系中心的巨大黑洞人马座A*距离遥远。 你数了十秒钟。 那颗你正计时的恒星移动了二千五百公里。不错。 这相当于围绕银河系中心以就九十万公里/小时的速度旋转。真的不赖。 它邻近的恒星运动速度也一样快。 事实上，任何两颗与我们星系中心距离相同的恒星运动的速度都一样，离中心远的速度慢，而速度最快的那些，如你早先见过的那颗快速运动的S2，则位于很中心的位置。如果你想知道这些位于银河系边缘的恒星们需要多久才能绕银河系一圈，答案是……大概二亿五千万个地球年。真是一个漫长的旅程。银河系很大。太阳（因而地球也一样）位于离中心稍近些的地方，绕中心一圈需要二亿二千五百万年不到一些，这个时间段被称为“星系年”。上一次地球位于现在它在银河系中所在位置的时候，恐龙还有一亿六千万年可以活……用这种术语表述的话，大爆炸发生在六十一个星系年之前，如果我们从今天开始算，再转二十几圈，银河系和仙女座星系将接近到相撞。顺便再说一句，太阳将在随后的几个星系月中爆炸。这样说来，听起来这个危险离我们也实在不算太远…… 很好。 至今，一切都好。 看起来爱因斯坦的理论没有什么问题，除了…… 除了问题已经出现了。 坦白告诉你，你并不是第一个检查这些恒星以多快的速度绕着我们星系旋转的人。它们的速度很早以前就被了解了，早在二十世纪三十年代早期，荷兰天文学家简恩·奥尔特（Jan Oort）就测量了它们。 但是简恩·奥尔特还更进了一步。 首先，他估计了一下整个银河系可能含有的质量。然后，他检查了他测到的速度是不是符合预期，能够让这些恒星既不飞走又不掉落。 它们不符合。 它们一点都不符合。 你现在就在那里，在银河系之上，你不妨自己算一下。 将每个恒星和尘埃云以及所有属于我们星系的你看得到的物质质量都加起来，你会得到同样无法解释的结论：要稳住银河系里任何一颗恒星按现在的速度运行而不飞走，银河系的质量远远不够。 更糟的是，与牛顿理论与水星轨道的微小差异不同，现在这里的差距可一点都不小。 与你现在见到的质量相比，银河系应该有五倍以上的质量，不然的话，所有的恒星都会飞走。包括太阳。 你肯定漏掉了什么，奥尔特也是。 漏掉的可不是几亿颗恒星和它们的尘云，那样的话，你大概可以责怪自己或奥尔特没有准确地估算整个星系。那倒或许可以接受。但是五倍的差别？怎么回事？再说了，这个奥尔特又是谁？我们可以相信这个家伙吗？ 我们能。他可不是一个普普通通的天文学家。事实上，他无与伦比的直觉帮助人类弄明白许多你在本书第一部分穿越太阳系和银河系时所见到的景象。例如，是他发现了太阳不是我们银河系的中心（现在听起来这一点都不稀奇，但在他证明这点之前人们可不这么想）。也是他最早设想在太阳系里存在着一个巨大的彗星库（几百亿亿之多），现在奥尔特云这个彗星库还以他的名字命名，你在穿越太阳系边界进入我们的红矮星邻居比邻星的引力范围之前就曾穿过它。 奥尔特在一九三二年的时候，就已经不是默默无闻的科学家了，为了解释他所能见到的我们整个星系的质量与它的恒星们速度之间所存在的巨大差异，奥尔特作了一个惊人的预言。他认为银河系中充满了一种我们尚不知道的物质。一种至今为止尚未被任何一种手段探测到的物质，不仅在地球上，在其他任何地方都探测不到。因为它不与光相互作用，因此任何人都无法通过收集光线的望远镜看到它们。他称它为“暗物质”。按照奥尔特的说法，暗物质的可见效应只能是非直接的，通过引力显示：暗物质无法被看见，虽然它显然不是普通物质，但它与普通物质一样能让时空弯曲。构成它们的不可能是那些构成我们所知道的一切东西的粒子们，因为如果是那样的话我们就能看到它。 这种发现听起来可能太伟大了——太令人兴奋——以至于不太可能是真的。不管奥尔特曾经多么出色，但没有人永远不会犯错。他或许弄错了呢。为了检验这个结论，你决定看看其他星系，看看它们如何互相转动。瑞士天文学家弗里茨·兹威基（Fritz Zwicky）在奥尔特最初的结论发表之后一年的一九三三年就是这么做的。 如果暗物质是真实存在的，而且它的引力效应不只局限于银河系，而是一样存在于其他星系之内与之间，它就不仅会改变恒星们在星系内的运动，还会改变星系间互相围绕旋转的方式。 所以你盯着它们看，聚精会神。 你分析了这些汇聚了闪亮恒星们的巨大集合体间独特的宇宙舞蹈……你已不再怀疑。 就像兹威基一样，你没有选择，只能承认所有的星系互相围绕旋转的速度实在太快，那些巨量的具有引力吸引效应的暗物质的存在已毋庸置疑。 而且暗物质不是物质。 它也不是反物质。 它也不是其他什么东西。 没有人知道它到底是什么。 从二十世纪三十年代起科学家们进行了许多次其他实验，每次得到的结论都一样。暗物质就在那里。它的确存在着。任何地方只要有物质存在，边上就有暗物质伴随。虽然我竭尽所能，在这整本书中，向你展示任何我想与你分享的关于我们宇宙的一切，但在暗物质这一点上，我不得不承认我无法再带你到更接近的地方了。 为什么？ 因为就算是今天，奥尔特大胆猜测的八十多年之后，我们依然对这个暗物质由什么构成一无所知。我们知道它存在。我们知道它在哪里。我们有它在我们整个宇宙的各个星系内部和星系周围分布的地图。我们甚至还有一些严格限制确定它不是什么，但我们对它是什么却依然一无所知。是的，它的存在无可置疑：每一公斤由中子和质子和电子构成的普通物质，都有着五公斤没有人知道到底由什么构成的暗物质伴随。 暗物质。 意料之外的第一号引力谜团。 它可能意味着爱因斯坦的理论不适用于这个尺度，就像牛顿的理论在离太阳太近时不再适用一样。但科学家们也做了许多独立的测量。看起来暗物质的确无处不在，在星系周围，在我们自己的银河系周围以及整个宇宙，而且你看不见它。 看上去我们宇宙所含的不可见部分远远超过了可见部分。（克里斯托弗·加尔法德） |
|
|
