“古代天文學(xué)，以天體測量為主，主要研究天體在空間的位置及其運(yùn)動；至牛頓時代，牛頓創(chuàng)立牛頓力學(xué)，使天文學(xué)出現(xiàn)了一個新的分支??天體力學(xué)，這是天文學(xué)發(fā)展歷史上的一個巨大飛躍；以愛因斯坦提出廣義相對論為標(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國際天文年”來臨之際，中國天文學(xué)會理事長、中科院國家天文臺副臺長趙剛博士，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

上個世紀(jì)30年代，諾貝爾獎獲得者密立根，曾致力于將位于美國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，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，而是幾百個、上千個、幾千個，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)某個星系團(tuán)附近時，光線就會因星系團(tuán)引力偏折，這時的星系團(tuán)就好似一個透鏡，朝這個方向望去就會看到巨大的光弧甚至同一個星系的幾個不同鏡像。

1990年，美國航天飛機(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，一個意外發(fā)現(xiàn)震動了科學(xué)界。天文學(xué)家稱為Ia型的超新星，因其爆炸時發(fā)出光的亮度是固定的，故可作為一個標(biāo)準(zhǔn)燭光。知道了標(biāo)準(zhǔn)燭光，再用望遠(yuǎn)鏡觀測其亮度，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獨(dú)立天文研究小組幾乎同時宣布：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：宇宙年齡比人們原來想象的要長，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”在北京人民大會堂舉行，1957年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者、美國哥倫比亞大學(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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