尼尔·德格拉斯·泰森解释了暗物质为何重要(并且可以说是我们的“亦敌亦友”)

摘录: 《给忙碌者的天体物理学》
star clusters overlaid with pink and blue colors
此处显示的星团碰撞有助于我们深入了解暗物质,这是我们宇宙中最神秘的方面之一。NASA

以下内容摘自尼尔·德格拉斯·泰森的《给忙碌者的天体物理学

所以,暗物质亦敌亦友。我们完全不知道它是什么。这很令人恼火。但为了准确描述宇宙,我们在计算中迫切需要它。科学家们在必须基于我们不理解的概念进行计算时,通常会感到不安,但如果非要这么做,我们也会这么做。而暗物质并非我们第一次遇到这种情况。例如,在十九世纪,科学家们测量了我们太阳的能量输出,并展示了它对我们季节和气候的影响,而当时甚至没有人知道热核聚变是这种能量的来源。那时,最流行的想法包括事后看来很可笑的“太阳是一块燃烧的煤炭”的推测。同样在十九世纪,我们观测了恒星,获得了它们的谱线,并对它们进行了分类,而这比二十世纪引入量子物理学(它让我们理解了这些谱线是如何以及为何呈现出它们的样子)要早得多。

毫不留情的怀疑论者可能会将当今的暗物质与十九世纪提出的、现已废弃的“以太”相比较。以太被认为是弥漫在真空中的无重力、透明介质,光线通过它传播。直到阿尔伯特·迈克尔逊和爱德华·莫利于1887年在克利夫兰进行了一次著名的实验证明了这一点,科学家们一直断言以太必须存在,尽管没有丝毫证据支持这种假设。人们认为,作为一种波,光需要一种介质来传播其能量,就像声音需要空气或其他某种物质来传递其波一样。但事实证明,光在真空中传播得相当好,不需要任何介质来携带它。与由空气振动组成声波不同,光波被发现是能够自我传播的能量包,根本不需要任何辅助。

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尼尔·德格拉斯·泰森著《给忙碌者的天体物理学》。WW Norton and Company

暗物质的无知与以太的无知根本不同。以太是我们理解不完整时的占位符,而暗物质的存在并非源于纯粹的推测,而是源于其引力对可见物质的观测效应。我们并非凭空捏造暗物质;相反,我们从观测事实中推断出它的存在。暗物质与围绕太阳以外的恒星运行的众多系外行星一样真实,这些行星仅仅通过其对主恒星的引力影响而被发现,而不是通过直接测量它们的光来发现。

最坏的情况是,我们会发现暗物质根本不是物质,而是别的什么东西。我们是否可能看到来自另一个维度的力的影响?我们是否感受到普通物质穿越我们邻近的幽灵宇宙膜的普通引力?如果是这样,这可能只是构成多元宇宙的无限宇宙集合中的一个。听起来很奇特,难以置信。但这是否比地球围绕太阳旋转的最初设想更疯狂?比太阳是银河系中一千亿颗恒星之一的设想更疯狂?或者比银河系只是宇宙中一千亿个星系之一的设想更疯狂?

即使这些奇幻的解释中的任何一种被证明是真的,它们也不会改变暗物质的引力在我们用来理解宇宙形成和演化的方程中成功应用的事实。

其他毫不留情的怀疑论者可能会宣称“眼见为实”——这是一种在机械工程、钓鱼,也许还有约会等许多事情上都行之有效的生活方式。对于密苏里州的居民来说,这似乎也很好。但它并不适合做科学。科学不仅仅是看见,更是测量,最好是用非你自己的眼睛进行测量,因为眼睛总是与你的大脑中的行李纠缠在一起。而这种行李,十有八九是先入之见、事后诸葛亮以及赤裸裸的偏见。

摘自尼尔·德格拉斯·泰森的《给忙碌者的天体物理学》。版权所有 © 2017 尼尔·德格拉斯·泰森。经出版商 W. W. Norton & Company, Inc. 许可。保留所有权利。

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