河外星云的红移
星系团里的星系跑得太快,单靠恒星根本拉不住——大部分质量都看不见。
一个星系团转得飞快,眼看就要四散开来——我们看得见的星系,其引力远不足以把它兜住,可它偏偏没散。
核心想法
1933 年,弗里茨·兹威基用两种全然不同的方法,去称量一群星系。他先把所有星系的光加起来,估出它们含有多少物质。接着他观察这些星系在星系团里乱窜得有多快,再用引力反推:要拦住它们、不让它们甩进太空,需要多少质量。
两个答案本该相符。可引力给出的那个,却大了数百倍。某种庞大而隐形的东西,正在补上那份失踪的拉力。兹威基称它为 dunkle Materie——暗物质。
它是如何诞生的
兹威基是加州理工一位才华横溢、却脾气火爆的瑞士裔美国物理学家,既以点子出名,也以争吵出名。研究后发座星系团——一座庞大的星系之城——时,他注意到星系的速度散得极开,彼此相差约一千公里/秒。
一群松散的东西,跑得那么快,本该早就像揭了盖的一罐蚊子那样蒸发掉。要让它留存,所需的引力,远超可见恒星所能提供。兹威基的结论领先时代数十年,天文学界大多耸耸肩。直到 1970 年代,薇拉·鲁宾测出旋涡星系边缘的恒星绕得快得离谱,同一份隐形质量才再也无法被无视。
它为何重要
兹威基无意间撞见了一个事实:我们看得见的、发光的恒星与星系,只是宇宙构成中的少数。大部分物质,是某种既不发光、也不挡光的未知之物——我们只能凭它的引力察觉它。从星系如何形成,到整个宇宙的形状,全都仰赖于它;而九十年过去,我们仍不知道它究竟是什么。这是整个科学中最大的未解之谜之一。
一个可以想象的画面
想象你看着一些枯叶,在看似静止的空气里打着旋。叶子飞得那么快,本该被吹散——可它们一圈圈地兜着,仿佛被困在一阵看不见的旋风里。你看不见风,却能从叶子的动法推出它。兹威基读那些星系,正是同一个道理:它们的速度,泄露了一座庞大的隐形质量——那阵你看不见的风。
它的位置
兹威基的星系团,和薇拉·鲁宾旋转的星系,是望向同一份暗物质的两扇窗。它与本馆中其他几大宇宙谜题并立——哈勃膨胀的宇宙,其星系正是暗物质帮着聚拢起来的;还有 1998 年发现、驱动膨胀越来越快的暗能量。寻常物质、暗物质、暗能量,共同构成宇宙的全部清单——而我们读懂的,只是最薄的那一片。
Falls sich dies bewahrheiten sollte, würde sich also das überraschende Resultat ergeben, dass dunkle Materie in sehr viel grösserer Dichte vorhanden ist als leuchtende Materie.