序言

“暗物質”這個詞代表了宇宙中的大多數物質——它比普通物質（如構成恒星和行星的原子）要多5倍。但是，正如其名，暗物質是看不到的。我們只能間接地通過它對可見物質的引力作用來推斷它的存在。如此，暗物質“封裝”了我們的無知。

和大多數謎團一樣，暗物質這個謎團困擾了人們很久。它已經讓科學家為之吸引和困惑了100年之久。觀測和科學理論表明，暗物質可能由任意數量的假想成分組成：弱相互作用大質量粒子、被稱作“軸子”的新粒子，甚至不與物質或光相互作用的原子。如今，科學界的共識是暗物質來自宇宙起源時的“熱湯”：一個由最初隨機運動的、很小的、不可見粒子組成的海洋。盡管科學家未曾探測到這些不可見粒子中的任何一種，但他們觀測到了波動的痕跡。如今，這些暗物質的漲落在宇宙背景輻射（從大爆炸遺留下來的輻射）微小的亮度變化中很明顯。

開爾文勛爵首次對我們如今認為的暗物質提出了動態估計。在1884年的一次演講中，開爾文從理論上發現銀河系中可能存在暗體。隨后科學界涌現了許多想法，大約50年后，瑞士留美天文學家弗里茨·茲威基（Fritz Zwicky）估算出星系團中的質量比視覺上觀測到的要多。20世紀70年代，不可見粒子的證據在薇拉·魯賓（Vera Rubin）、肯特·福特（Kent Ford）和肯尼斯·弗里曼（Kenneth Freeman）的開拓性工作中被揭示。他們發現，氣體和恒星在星系中的動力學表明，有看不見的質量存在于一個暈中，這個暈遠遠超出了普通物質所集中的內部區域的范圍。而在1983年，莫爾德艾·米爾格龍（Mordehai Milgrom）提出了一個修正牛頓動力學（MOND）理論來解釋質量缺失問題。在這個引力替代假說里，米爾格龍假設牛頓定律不適用于星系。

和大多數的科學探索一樣，暗物質歷來的理論有人支持，也有人反對。而米爾格龍對低加速度情況下動力學改正的簡單闡釋，非常好地解釋了大多數星系暈近乎平坦的旋轉曲線，甚至經受了40年的考驗而屹立不倒。但是，這個理論不能很好地解釋茲威基觀察到的星系團的性質。另一種可能性是，暗物質具有很強的自相互作用并且避開了星系的核心區。關于暗物質的種種猜想還在繼續。

在本書中，霍弗特·席林帶領我們走上了關于暗物質的迷人之旅，從早期講到今日，包括暗物質理論以及一次次的探測嘗試。我們將跟隨他探訪地球上和太空中的天文觀測站，探訪地下洞穴和隧道中的粒子探測器。在我們的環球之旅中，我們將會見到許多科學家，他們是這次探索之旅的主角，在他們的職業生涯中致力于尋找解開謎團的辦法。他們的陣容范圍廣泛：有像吉姆·皮布爾斯（Jim Peebles）[1]和杰里·歐斯垂克（Jerry Ostriker）[2]這樣的暗物質研究領域中的杰出人物，也有青年科學家、暗物質的堅定信徒、懷疑論者及異端者。通過他們的故事，我們將會對科學中最深奧的謎團之一的過去、現在和未來有一個非凡的看法。

正如本書所展示的那樣，尋找暗物質的工作還在進行中。因此，書中包含了各種各樣的科學解釋。但是總有一天，拼圖的所有部分都將歸位。正是有了席林的星際引導，我們得以加入頂尖科學家的行列，一路為了理解這種未知的引力物質而努力，也一路為我們宇宙的奧秘而欣喜。

阿維·勒布（Avi Loeb）

[1]全名為菲利普·詹姆斯·埃德溫·皮布爾斯?！幷咦?/p>

[2]全名為耶利米·歐斯垂克。——編者注