《宇宙中的大象》书评：暗物质之谜 - 《华尔街日报》

近一个世纪以来，天文学家不断发现线索表明：从宇宙尺度来看，构成我们身体的原子、分子等普通物质实在微不足道。

随着1970年代更强大望远镜的应用，科学家发现单个星系中的恒星正以不可思议的速度运动。最外层的恒星本应因高速旋转被甩入星系际空间——就像旋转过快的旋转木马会甩出孩童——但它们却保持着惊人的高速运转，丝毫不受影响。随着证据不断累积，部分天文学家开始怀疑夜空中可见的恒星不过是宇宙装饰——那些镶嵌在庞大却不可见物质团中的光点，才是宇宙真正的主宰。正如作家霍弗特·席林所言，它"为宇宙结构的生长提供了支架"。由于不知如何命名这种远超其他物质总量的不可见物质，他们索性以神秘为名，称之为"暗物质"。

数十年的研究不仅证实了天文学家关于人类微不足道的猜想，对暗物质成分却仍无定论。我们未找到真正线索，却遭遇无数死胡同。已排除所有已知天体种类，以及全球最精密实验中检测到的各种原子与亚原子粒子。它并非黯淡恒星，不是低温气体，显然也不由构成人类的任何物质组成。然而大量研究不断发现无可辩驳的证据：暗物质不仅主导恒星与星系的运动，更是它们存在的根本原因。这种隐形物质（或其等效存在）自创世之初就引导着宇宙演化——当寒冷氢气开始聚集在它制造的引力深井中，便点燃了宇宙的第一批恒星。

如果我们认真对待暗物质真实存在且数量庞大的观点，数十个看似互不相关的宇宙谜题便会突然迎刃而解：银河系的稳定性、星系团与巨洞构成的"宇宙网"结构、大爆炸余辉中那些点彩画般的微小波动，乃至时空本身的整体形态。虽然学界提出过其他解释，但全球天文学家与物理学家目前不得不接受与观测数据最吻合的假说——宇宙中超过80%的物质对我们不可见。更令人困惑的是，就在几十年前，我们发现有理由相信某种被称为"暗能量"的神秘现象，其宇宙主导地位甚至让暗物质相形见绌。这几乎要让人对理解宇宙彻底绝望。

然而科学家是固执的生物，尤其在面对未解之谜时。席林先生的新作《宇宙中的大象：人类百年暗物质探索史》贯穿始终的主题，正是物理学家和天文学家面对这项看似不可能完成的任务时展现的顽强执着。通过25个章节——每章聚焦于一项旨在探寻暗物质存在或组成的观测或实验，这位曾撰写系外行星与引力波发现历程的科普作家，为这个既拥有数十年研究积淀又处于天文物理学最前沿的课题，提供了一幅令人惊叹的全景式画卷。

在这场旋风般的探索之旅中，我们得以窥见许多定义暗物质问题的关键思想家和实践者的生活与动机，以及那些希望迟早能解决这一难题的人们。席林先生向我们介绍了一些老一辈天文学家，他们通过最初的计算为这个问题划定了范围，比如1922年首次提出暗物质可能性的雅各布斯·卡普坦，以及诺贝尔奖得主吉姆·皮布尔斯——他在原始"宇宙汤"的微小涟漪与当今宇宙大尺度结构之间画出了暗物质的连线。我们还会遇到相互竞争的实验物理学家埃琳娜·阿普里尔和理查德·盖茨克尔，他们争相建造设备以捕捉可能解释暗物质存在的未知粒子。书中还介绍了一群充满理想的年轻新锐，他们抛弃长期存在的暗物质假说，以创新精神探索新模型和新方法。

整体而言，读者会获得这样的印象：仿佛漫步在悠长的大学走廊，推开一扇门打断正在实验室埋头苦干的研究人员（他们或奋笔疾书方程式，或敲打计算机程序，或校准望远镜，或建造巨型粒子探测器），然后轻轻关上门继续走向下一个房间。没有人高呼"我发现了"；没有终极答案浮现；每个人都坚定、自信，但最终都带着些许困惑。

作为暗物质研究领域的一名躬耕者，这条走廊的大部分路径早已被我踏遍，因此我并非局外（亦非中立）的观察者。在我看来，《宇宙中的大象》对暗物质研究现状的呈现大体清晰且信息丰富，甚至为从业科学家提供了该领域历史沿革与研究格局的有益概览。当然，如同任何业内人士都会做的那样，我对书中某些科学表述的准确性以及不同科学方法呈现的平衡性存有异议。书中还存在一些干扰性内容，比如对已故暗物质先驱薇拉·鲁宾贡献的长篇激烈贬低（该书甚至声称她在该领域的突出地位是"反向性别不平等"的结果）。

我也希望看到更多关于科学共识如何达成的讨论——为什么这么多物理学家如此确信暗物质是真实存在的，尽管确凿的证据粒子尚未被探测到。仅从暗物质存在的天体物理学证据来看，这些证据虽然令人信服，但不幸的是，这也是我们目前唯一能依赖的，暗物质将一直无法被探测到的可能性相当大。然而，即使所有实验都一无所获，现有的数据也不会消失。（当你乘着风横渡大洋时，你不会因为从未见过风就停止相信它的存在。）

抛开这些问题不谈，如果你想要一个非技术性的概述，了解为什么暗物质如此重要，以及我们一直以来为理解它所做的努力，《宇宙中的大象》将满足你的需求。但它不会也不能提供一个激动人心、高潮迭起的故事线，甚至是一个勉强令人满意的结论。暗物质是一个引人入胜的谜题，但它的不确定性和在寻找答案方面似乎缺乏进展也令人深感沮丧。也许这确实最能代表科学是如何进行的。我们继续沿着长长的走廊前进，尝试一种方法，再尝试另一种。我们追踪新的线索，或发明新的方法来追踪旧的线索，在这个过程中，我们对宇宙的了解又多了一点点。作为宇宙的后来者，这可能是我们能做的最好的事情。

凯蒂·麦克（Katie Mack）担任加拿大滑铁卢周边理论物理研究所的霍金宇宙学与科学传播主席。她是《一切的终结（从天体物理学角度讲）》的作者。

出现在2022年7月9日的印刷版中，标题为《宇宙阴影》。