“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問題，應(yīng)邀接受本報記者采訪。

本世紀天文學(xué)“兩朵烏云”：暗物質(zhì)與暗能量

上個世紀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內(nèi)星系的運動，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。星系團中成百上千的星系，因被自身引力束縛，運動速度與引力必須達成平衡才不致出軌；而且引力越強，運動速度越快。然而，茲威基發(fā)現(xiàn)，星系團內(nèi)星系遠遠不足以產(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)遙遠星系發(fā)出的光途經(jīng)某個星系團附近時，光線就會因星系團引力偏折，這時的星系團就好似一個透鏡，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，美國航天飛機將哈勃太空望遠鏡送上太空。根據(jù)哈勃望遠鏡獲取的觀測資料，人們計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，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)準燭光。知道了標(biāo)準燭光，再用望遠鏡觀測其亮度，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立天文研究小組幾乎同時宣布：利用Ia型超新星作標(biāo)準燭光，他們發(fā)現(xiàn)宇宙正在加速膨脹。此前，幾乎所有人都認為宇宙膨脹一定是減速的，因為萬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壓強。

“了解暗物質(zhì)和暗能量，是21世紀科學(xué)史的大挑戰(zhàn)。”2008年10月12日，“隆重紀念望遠鏡發(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。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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