寻找暗物质：打开认识宇宙的另一扇门
2016/7/11 科学大院

    

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     第一个故事，是很多人都知道的。

     发生月食时，地球投射到月球上的影子始终是圆的，而且，在南方看到的北极星出现在天空的位置比在北方看到的位置低。

     根据这两个证据，亚里士多德在公元前340年证明地球是一个圆球，并且，他深信，地球位于宇宙的中心。后来在公元2世纪，古希腊天文学家托勒密形成了一种完整的宇宙模型，支持和发展了亚里士多德的地球中心假说。

     然而，波兰教士哥白尼在1514年提出了一种更为简单的模型，他认为太阳位于中心且静止不动，地球和其他行星都绕着太阳在圆轨道上运动。差不多过了一个世纪后，人们才终于开始接受哥白尼的思想。

     1609年，意大利人伽利略开始用望远镜观测夜空。他发现木星周围有几颗小卫星在绕着木星转，这说明，并非所有天体都如亚里士多德和托勒密所认为的那样，必须直接绕着地球运动。

     2

     第二个故事，是很多人也许不知道的。

     有关苹果砸到牛顿头上而使他发现万有引力的故事并不可信。

     更为靠谱的故事是这样的：

     1684年8月，英国天文学家哈雷因为想找到行星为何沿椭圆轨道运转的答案，到剑桥拜访有着非凡才能和古怪性格的数学教授牛顿。哈雷问牛顿，如果太阳的引力与行星离太阳的距离的平方成反比，那么行星运行的曲线会是什么样？

     牛顿立即回答，会是一个椭圆。哈雷既高兴又惊讶，问他怎么知道的。牛顿说：“我计算过。”哈雷要他的计算材料，牛顿找了一会儿，却没有。这就如同今天有人说他已经找到了治愈癌症的方法，却想不起处方放哪儿。

     牛顿答应哈雷再算一遍，并写一篇论文。他依照诺言做了。最后拿出了他的杰作：《自然哲学的数学原理》。这本书的核心是牛顿三大运动定律以及万有引力定律，它从数学的角度解释了天体的轨道，而且指出了天体运行的引力——万有引力。

     到19世纪即将结束时，许多人认为，物理学大部分谜团已被解开，科学家们已经没什么事情可做了。然而实际上，很快，世界进入了一个科学的新世纪。

     一位没有大学职位，没有自己实验室的瑞士伯尔尼国家专利局年轻职员在德国物理学杂志《物理学年鉴》上发表了一系列论文，堪称物理学史上最伟大的作品，他就是爱因斯坦，他发表的其中一篇论文提出了狭义相对论。此后10年的大部分时间，爱因斯坦一直在思索关于引力的问题并于1915年发表了广义相对论。广义相对论预示着宇宙或者膨胀或者收缩，但爱因斯坦本人认为宇宙是恒定不变的，他在自己的理论里又添加了所谓的宇宙常数。

     1919年，英俊潇洒、既是体育健将又是出色学者的美国人哈勃把脑袋伸向望远镜，他发现宇宙比人们想象的要大得多。哈勃用威尔逊山天文台的254厘米天文望远镜和自己的聪明的推断，在20世纪30年代初得出结论：天空中所有的星系(除了我们所在的银河系)都在离我们远去。这真的令人吃惊，宇宙在朝着各个方向膨胀，而且速度很快。从这一点往前推，就会发现宇宙必定是从一个点起始的，宇宙也远不是稳定与永恒的，它有起点，也许还有终点。

     宇宙膨胀的理念最初让爱因斯坦感到烦恼，因为基于美学，他希望宇宙是静态的。然而，科学需要用数据说话，天文观测的发现无法被反驳，最后爱因斯坦不得不承认哈勃是对的，宇宙在不断膨胀。

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     第三个故事，是很少有人知道的。

     随着从星系到宇宙学尺度的观测，天文学家们发现了可观测物体运动的异常现象。

     一位在保加利亚出生、瑞士长大，美国加州理工学院工作的叫兹威基的天体物理学家在现代意义下最早提出了“暗物质”的概念。他是一个健身狂，经常会扑倒在公共场所的地板上做单臂俯卧撑，以显示他的男子气概。他脾气粗暴，但也聪明过人。他不但首次提出了“超新星”这个名字，并在一生中发现了122颗超新星，并且，他还是第一个认识到，宇宙中可见物质远远不足以把宇宙连成一片，星系团中存在着大量看不见的物质：“暗物质”。

     不幸的是，兹威基的大多数同事都瞧不起他，因此在将近40年的时间里，他有关暗物质的推论几乎没有引起注意。

     ……

     人类是如何认识宇宙的？又为何要进入太空开展科学研究和探测？

    

     暗物质是怎样一种神奇的存在？为什么要寻找暗物质？

    

     暗物质有哪些探测方法？暗物质粒子探测卫星是通过什么方式寻找宇宙中失踪物质的踪迹？

    

     我国为何要发射暗物质卫星？我国的暗物质卫星为何要定名“悟空”？

    

     关于暗物质卫星的N个明白事实……

     以上内容，均来自与由中国科学院国家空间科学中心、中国科学院紫金山天文台、新华社对外部中国特稿社编著的7月新书《寻找暗物质：打开认识宇宙的另一扇门》。

    

     本书将带领读者跟随中国暗物质探测卫星“悟空”飞向太空深处，走进暗物质的神秘世界。

     大家还会惊奇地发现，在我们生活的这颗尘埃环绕的蓝色星球上，有一群常年致力于捕捉暗物质的“科学刀客”，他们怀着对隐秘宇宙的浓厚好奇，思考着、忙碌着、快乐着，为的就是破解宇宙的黑暗之谜，解开宇宙构成的终极难题。

     点击“阅读原文”收了这本科普书。

     内容来源于科学人文在线公众号，由科学大院综合

    

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