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暗物质：迷失的大多数
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来源：《科学导报》2017年第11期
2016年11月，理论物理学界的“大咖”、荷兰阿姆斯特丹大学的理论物理学家艾瑞克·瓦尔林德（Erik Verlinde）发表论文，称引力是由真空的量子纠缠熵呈展而来的，原先认为由暗物质造成的引力效应其实源于真空和暗能量中存在额外的熵。这一理论猜想再次引发了暗物质是否存在的讨论。那么，暗物质是否存在？其他科学家如何看待这个问题？
暗物质的发现之路
要想回答“暗物质是否存在”这个问题，首先让我们来看看“暗物质”是如何被发现的。
茫茫宇宙中，发光的星体只是一个个可见的孤岛，宇宙中的绝大部分是黑暗和混沌的。宇宙中零星存在一些不发光的物质本属平常之事，然而随着天文学观测进入高精度时代，人们认识到整个宇宙中的物质是被某种不发光的神秘物质主导的——它和我们目前已知的任何一种物质都不同，而人类迄今了解的所有形形色色的物质，只是物质世界冰山的一角。
Dark Matter中文译为“暗物质”，最早由荷兰天文学家、恒星天文学的先驱者卡普顿（J. Kapteyn）在1922年提出，指可通过星体的运动间接推断出其周围可能存在的不可见物质。但卡普顿对太阳系附近星体运动的研究未能发现暗物质存在的确凿依据。
1933年，美国加州理工大学的天体物理学家兹维基（F. Zwicky）首次在实验中找到出暗物质存在的证据——他利用光谱红移测量了后发座星系团中各个星系相对于星系团的运动速度，发现它们运动得太快，以至于仅靠星系团中可见星系的质量提供的引力无法将它们束缚在一起。他由此推断，后发座星系团之所以能够保持现在的状态，其中应该存在大量暗物质，并且其质量至少为可见星系的百倍以上（虽然后来更精确地研究证明只有十倍左右，但他得出暗物质为主的结论依然正确）。
然而这一革命性的结论在当时未能引起学术界的重视，但之后不断有研究支持他的观点。决定性的证据出现在1970年，其时，美国天体物理学家鲁宾（V. C. Rubin）和福特（W. K. Ford）对仙女座大星云中星体旋转速度的研究取得了重大突破——这让学术界认识到，暗物质的确大量存在，并逐渐成为学术界的主流观点。这两位科学家利用高精度的光谱测量技术，能够精确地探测到非常遥远的星体和星际气体绕星系的旋转速度和距离的关系。简单地说，按照牛顿万有引力定律，如果星系的质量主要集中在星系核心区的可见星体上，那么星系外围的星体的速度将随着距离而减小。但观测结果却表明在相当大的范围内，星系外围的星体的速度是恒定的。这意味着要么牛顿万有引力定律是不正确的，要么星系中有大量的不可见物质分布在星系的非核心区，并且其质量远大于发光星体的质量总和。