我們?cè)趺粗腊滴镔|(zhì)存在？

星系自轉(zhuǎn)

為了理解暗物質(zhì)和星系自轉(zhuǎn)的聯(lián)系，你可以想象一整袋放在轉(zhuǎn)盤上的乒乓球，如果轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，你一定能想象出乒乓球會(huì)如何從邊緣被甩出去。自轉(zhuǎn)的星系差不多就是這個(gè)樣子。因?yàn)樾窍翟谛D(zhuǎn)，所以里面的恒星有被甩出去的趨勢(shì)。把它們束縛在一起的東西只有星系里這些物質(zhì)產(chǎn)生的引力（引力把有質(zhì)量的東西拉到一起）。星系自轉(zhuǎn)越快，就需要越多的質(zhì)量來(lái)拉住這些恒星。反過(guò)來(lái)講，知道了星系的質(zhì)量，你就能推測(cè)星系的自轉(zhuǎn)有多快。

一開始，天文學(xué)家嘗試通過(guò)星系中恒星的數(shù)量猜測(cè)星系的質(zhì)量。但是，當(dāng)他們用這個(gè)數(shù)字計(jì)算星系的自轉(zhuǎn)速度時(shí)，有些東西就對(duì)不上了。測(cè)量顯示，從恒星數(shù)量推測(cè)出的轉(zhuǎn)動(dòng)速度低于星系實(shí)際的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。換句話說(shuō)，這些恒星本應(yīng)從星系的邊緣飛出去，就像轉(zhuǎn)盤上的乒乓球。為了讓這個(gè)速度合理，天文學(xué)家必須在計(jì)算中讓星系大大增加質(zhì)量，這樣才能把這些恒星拉攏在一起。但是人們看不見這些額外的質(zhì)量從何而來(lái)。如果每個(gè)星系都有某種很重的東西，但是這種東西不可見，那么事情就說(shuō)得通了。

這個(gè)推斷非常特別。著名的天文學(xué)家卡爾·薩根（Carl Sagan）曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“特別的推斷需要特別的證據(jù)。”因此，這個(gè)奇怪的難題在天文學(xué)界存在了數(shù)十年，一直沒有得到解答。隨著時(shí)間的推移，越來(lái)越多的人接受了這種神秘、不可見，還很重的東西（暗物質(zhì)）的存在。

引力透鏡

有一個(gè)重要的線索使科學(xué)家相信暗物質(zhì)真的存在，那就是暗物質(zhì)使光線彎曲的觀測(cè)現(xiàn)象。所謂的引力透鏡，說(shuō)的就是這個(gè)。天文學(xué)家有時(shí)會(huì)在天文觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)一些奇怪的東西。他們會(huì)在某一個(gè)方向上看到一個(gè)星系的圖像，這倒沒有什么奇怪的。但是，稍微移動(dòng)一下望遠(yuǎn)鏡，他們就會(huì)看見另外一個(gè)一模一樣的星系，兩個(gè)星系的形狀、顏色、光線都一樣，天文學(xué)家確定它們是同一個(gè)星系。但是這怎么可能呢？同樣的星系怎么可能在天空中出現(xiàn)兩次？

如果有某種非常重（而且不可見）的東西處在你和這個(gè)星系之間，那么這種現(xiàn)象就有了合理的解釋：這個(gè)不可見的重塊充當(dāng)了一個(gè)巨型透鏡，彎曲了從星系發(fā)出的光線，從而使光線看似來(lái)自兩個(gè)方向。

你可以想象一下光線從星系各個(gè)方向發(fā)出的樣子。現(xiàn)在，畫兩個(gè)光粒子，也就是所謂的光子，讓它們從星系出發(fā)，然后朝著你的身體兩側(cè)飛去。如果在你和星系之間有某種非常重的東西，那么天體的引力會(huì)扭曲它周圍的空間，使光粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生彎曲并且朝向你。

在地球上，你從望遠(yuǎn)鏡里看到同一個(gè)星系的兩個(gè)像，它們來(lái)自兩個(gè)不同方向。這種效應(yīng)在整個(gè)夜空中到處都是，非常重的不可見物質(zhì)似乎無(wú)處不在。暗物質(zhì)的存在不再是一個(gè)瘋狂的想法。無(wú)論看向哪里，我們都能找到它存在的證據(jù)。

碰撞的星系

關(guān)于暗物質(zhì)的存在，最令人信服的證據(jù)來(lái)自人們觀測(cè)到的一次大規(guī)模星系碰撞。幾百萬(wàn)年前，兩個(gè)星系團(tuán)沖向?qū)Ψ剑l(fā)生了“史詩(shī)級(jí)”碰撞。我們不可能看到這次碰撞，但是這個(gè)過(guò)程發(fā)出的光要花幾百萬(wàn)年才能到達(dá)地球，我們可以舒服地坐在這里觀看結(jié)局。

當(dāng)兩個(gè)星系團(tuán)碰撞時(shí)，它們的氣體和塵埃會(huì)呈現(xiàn)壯觀的景象。在巨大的爆炸中，巨大的塵埃云被撕裂。這是一場(chǎng)帶有特殊效果的“豪華演出”。你可以想象兩大堆水氣球以近乎瘋狂的高速撞向?qū)Ψ剑蔷跋蠡蛟S能幫助你想象星系團(tuán)的碰撞。

但是天文學(xué)家注意到了另一個(gè)現(xiàn)象。在碰撞地點(diǎn)附近，他們發(fā)現(xiàn)了兩團(tuán)巨大的暗物質(zhì)。當(dāng)然，暗物質(zhì)是不可見的，但是天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，附近星系發(fā)出的光被暗物質(zhì)團(tuán)塊扭曲了，這就證明了暗物質(zhì)的存在。這兩團(tuán)暗物質(zhì)沿著碰撞的方向運(yùn)動(dòng)，好像什么事都沒發(fā)生過(guò)。

天文學(xué)家把這些信息放到一起，梳理了一番。曾經(jīng)有兩個(gè)星系團(tuán)，每一個(gè)都包含常規(guī)物質(zhì)（主要是氣體、塵埃、恒星）和暗物質(zhì)。當(dāng)兩個(gè)星系團(tuán)碰撞時(shí)，大部分的氣體和塵埃撞到了一起（你能想象的普通物質(zhì)當(dāng)然會(huì)這樣）。但是暗物質(zhì)撞進(jìn)另外一團(tuán)暗物質(zhì)中會(huì)怎樣呢？人們什么都探測(cè)不到！暗物質(zhì)團(tuán)塊會(huì)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)對(duì)方，就好像它們都是透明的。兩堆恒星也會(huì)互相穿過(guò)，但那是因?yàn)樗鼈冊(cè)谔罩刑∈枇恕?/p>

比許多星系還大的巨大物質(zhì)團(tuán)塊就這樣互相穿過(guò)了。從本質(zhì)上講，碰撞將星系中的氣體和塵埃剝離了。