“古代天文學(xué)，以天體測(cè)量為主，主要研究天體在空間的位置及其運(yùn)動(dòng)；至牛頓時(shí)代，牛頓創(chuàng)立牛頓力學(xué)，使天文學(xué)出現(xiàn)了一個(gè)新的分支??天體力學(xué)，這是天文學(xué)發(fā)展歷史上的一個(gè)巨大飛躍；以愛因斯坦提出廣義相對(duì)論為標(biāo)志，天體物理學(xué)自此誕生并一躍成為天文學(xué)研究的主流……”
“2009國(guó)際天文年”來臨之際，中國(guó)天文學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)、中科院國(guó)家天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)趙剛博士，就現(xiàn)代天文學(xué)前沿?zé)狳c(diǎn)問題，應(yīng)邀接受本報(bào)記者采訪。
本世紀(jì)天文學(xué)“兩朵烏云”：暗物質(zhì)與暗能量
上個(gè)世紀(jì)30年代，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者密立根，曾致力于將位于美國(guó)加利福尼亞州南部城市帕薩迪納的加州理工學(xué)院，建成世界一流的研究機(jī)構(gòu)。他聘用的第一位從事天體物理研究的學(xué)者，是瑞士籍科學(xué)家弗里茲?茲威基。1934年，茲威基研究了星系團(tuán)內(nèi)星系的運(yùn)動(dòng)，首次提出暗物質(zhì)存在的可能性。
星系在宇宙中有一種成團(tuán)傾向，彼此之間有引力聯(lián)系，由其構(gòu)成的體系稱為星系群；若受引力束縛在一起的星系群不止幾十個(gè)，而是幾百個(gè)、上千個(gè)、幾千個(gè)，那么就稱為星系團(tuán)。星系團(tuán)中成百上千的星系，因被自身引力束縛，運(yùn)動(dòng)速度與引力必須達(dá)成平衡才不致出軌；而且引力越強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)速度越快。然而，茲威基發(fā)現(xiàn)，星系團(tuán)內(nèi)星系遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以產(chǎn)生如此大的引力，一定還存在人類看不見的其他物質(zhì)，他稱之為暗物質(zhì)。
暗物質(zhì)存在的直觀證據(jù)，是引力透鏡現(xiàn)象：當(dāng)遙遠(yuǎn)星系發(fā)出的光途經(jīng)某個(gè)星系團(tuán)附近時(shí)，光線就會(huì)因星系團(tuán)引力偏折，這時(shí)的星系團(tuán)就好似一個(gè)透鏡，朝這個(gè)方向望去就會(huì)看到巨大的光弧甚至同一個(gè)星系的幾個(gè)不同鏡像。
1990年，美國(guó)航天飛機(jī)將哈勃太空望遠(yuǎn)鏡送上太空。根據(jù)哈勃望遠(yuǎn)鏡獲取的觀測(cè)資料，人們計(jì)算出宇宙年齡大約為120億年～140億年；然而天文學(xué)家已知有些古老的球狀星團(tuán)，它們的年齡約為140億年～160億年左右。這便顯現(xiàn)出一種矛盾，即宇宙年齡居然比某些球狀星團(tuán)年齡小。
后來，一個(gè)意外發(fā)現(xiàn)震動(dòng)了科學(xué)界。天文學(xué)家稱為Ia型的超新星，因其爆炸時(shí)發(fā)出光的亮度是固定的，故可作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)燭光。知道了標(biāo)準(zhǔn)燭光，再用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)其亮度，就可確定其距離。十幾年前，由利斯等人和帕爾莫特等人組成的兩個(gè)獨(dú)立天文研究小組幾乎同時(shí)宣布：利用Ia型超新星作標(biāo)準(zhǔn)燭光，他們發(fā)現(xiàn)宇宙正在加速膨脹。此前，幾乎所有人都認(rèn)為宇宙膨脹一定是減速的，因?yàn)槿f有引力對(duì)膨脹只起減速作用。
宇宙加速膨脹這一發(fā)現(xiàn)表明：宇宙年齡比人們?cè)瓉硐胂蟮囊L(zhǎng)，而且其中要么存在斥力，要么存在科學(xué)家稱之為暗能量的負(fù)壓強(qiáng)。
“了解暗物質(zhì)和暗能量，是21世紀(jì)科學(xué)史的大挑戰(zhàn)。”2008年10月12日，“隆重紀(jì)念望遠(yuǎn)鏡發(fā)明400周年??科學(xué)大師演講會(huì)”在北京人民大會(huì)堂舉行，1957年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者、美國(guó)哥倫比亞大學(xué)教授李政道在演講中提出上述觀點(diǎn)。他指出：“宇宙總能量約5%是已知物質(zhì)的能量；約25%是暗物質(zhì)的能量，約70%是暗能量。但什么是暗物質(zhì)、暗能量，我們不知道�！�
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