2001年6月25日至29日
研讨会
物质在哪里？
2001年6月25日至29日，马赛举行了一次国际研讨会，有200名参与者，其中140名发言者，主题为“物质在哪里？”。还有一个副标题：
通过新一代大规模调查追踪明亮物质和暗物质
翻译：
通过新一代大规模观测手段绘制可见物质和暗物质的分布图
这些词具有重要意义。它们立即把这次研讨会置于一个范式之内。因此，假设宇宙是统一的，它有两个组成部分：一个是我们观测手段可以触及的（在可见光、紫外光、红外光范围内，简而言之，基于电磁波观测的范围），另一个目前还无法通过这种手段进行研究，被统称为“暗物质”（英文为“Dark Matter”）。如何进行观测，如何绘制暗物质的分布图？一方面，基于引力透镜效应，通常这些效应被认为过于显著，无法仅用可见物质来解释，无论是单个星系还是星系团；另一方面，从观测天体的运动参数出发。
在引力透镜效应“异常显著”被明确指出之前，像弗里茨·兹维基（Fritz Zwicky）这样的人，基于对星系旋转曲线的分析或对星系团中星系运动速度的测量，已经得出结论：可见物质无法维持这些结构的稳定。所谓旋转曲线，指的是通过多普勒-斐索效应（Doppler-Fizeau effect）对星系间气体的测量，这些气体在整体引力场中绕行。显然，这些气体旋转得太快，特别是在其外围（存在一个特征性的“平台”）。星系团被类比为“气体团块”，而星系则是“分子”。天文学家称之为“星系的自行速度”，这相当于气体分子的热运动速度，这些速度是随机分布在各个方向上的。如果将气体的类比保持下去，结合“热运动速度”和密度就得到了所谓的“压力”（即单位体积内热运动动能的密度）。一个星际气体云不会消散，是因为引力平衡了使其扩散的压力。如果将包含一千个星系的星系团类比为一种气体团块，那么基于星系运动速度和检测到的质量计算出的压力足以使其扩散，而引力无法抵消这种压力。换一种方式思考，已知星系团的质量，可以计算出逃逸速度。正如兹维基指出的那样，星系的个体速度超过了其所属星系团的逃逸速度。如果没有额外的力，这些星系早就离开了星系团。星系中的恒星也是如此。因此，这个问题是真实的。问题在于对这一现象的解释。
目前天文学家的统一回答是“暗物质”，尽管没有人能指出这种“暗物质”的具体性质。但没有人怀疑这些现象可能源于某种尚未被观测到的、具有正质量的成分，安静地存在于我们的（唯一）宇宙中。在这一背景下，“不可见物质的测绘”工作已经展开。最初，人们只是说“在某个星系团中必须存在一定的质量M，以防止该星系团爆炸，或者换句话说，以解释它所产生的强烈的引力透镜效应（多重图像、背景星系变形，这种变形甚至可以延伸成弧形）”。随后，天体物理学家，如我所属的马赛天体物理实验室的阿尔伯特·博斯马（Albert Bosma），通过经验性地添加了“暗物质晕”，以“拟合旋转曲线”（这一术语指的是通过经验方法找到与观测结果相对应的速度规律）。因此，现在有相当多的人全职致力于计算这些不可见暗物质晕中的物质分布。这被称为“零阶理论”。这项活动不涉及任何特殊技能，纯粹是技术性的。从事这项工作的人员并不试图提供他们经验性测绘的“暗物质”的性质，更不用说它在星系中出现的机制了。既然不知道这种成分的性质和起源，就更不可能建立“星系动力学”。在此次研讨会上，我听到一位美国人介绍了试图描述星系形成的模型（基于“冷暗物质”，英文为“Cold Dark Matter”或“CDM”）。显然，这些模型仅基于牛顿定律（再加上一台巨大的计算机来处理所有数据）。这些模型在意义上并不令人信服，因为无论输入什么初始数据，形成的“原星系”都具有太小的角动量。因此，这些“新理论家”（牛顿定律加巨型计算机）提出的问题之一是：“星系的角动量从何而来？”这显然处于“零阶理论”的水平，无论是测绘还是模拟尝试。
自1999年以来，像扬尼克·梅利耶（Yannick Mellier）和福尔特（Fort）这样的天体物理学家，随后又有一群来自世界各地的团队，完成了六年的研究结果，对应一个大规模的项目。如果宇宙中存在暗物质，特别是在星系团中，它会产生引力透镜效应。极端情况下，这会产生几乎像万花筒一样的图像，如哈勃望远镜所展示的那样，其中位于星系团背景中的物体会分裂成多个图像，可能产生一个或多个引力透镜弧。
因此，当假定的暗物质浓度较小时，它会在星系图像中产生简单的畸变，使图像的椭圆度增加，这是一种简单的光学效应，叠加在真实的椭圆度上。梅利耶、福尔特以及随后跟进的团队开发了一种图像处理方法，其中计算机检测图像的局部各向异性（假设在没有引力透镜效应的情况下，椭圆星系图像的长轴应随机分布）。然后，这种方法可以重建可能产生这些图像的假定暗物质的分布（三维）。1999年，梅利耶和福尔特在《世界报》上发表了一幅彩色图像，展示了一部分宇宙中暗物质的分布，相当于天空中几度的面积。
这幅图像发表在《世界报》上，文章作者让-弗朗索瓦·奥热罗（Jean-François Augereau）的标题是“暗物质存在，因为它使光线偏转”。
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. 在当时，这一切看起来非常令人印象深刻，标志着“不可见物质测绘”的开始。但一年后，福尔特（巴黎天体物理研究所的主任，扬尼克·梅利耶也隶属于该研究所）接受了《天空与空间》杂志（2000年6月刊）的采访，提到了一些此前一直被忽视的问题。这种方法使这两位研究人员定位了两个特别重要的暗物质集中区域（5×1014个太阳质量，相当于一千个星系，质量与已知最大的星系团（室女座星系团或Coma星系团）相当）。但令人困惑的是，这些天空区域似乎异常空旷：
这些结果显然是令人尴尬的，最初两位作者只是选择忽略，希望这可能是一个人为的错误，或者是一种新型的在特定频率下发射的星系团。因此，进行了新的观测，范围包括紫外线或红外线，但没有取得显著成果。最终，福尔特和梅利耶将这些物体称为“暗星系团”（dark clusters），并指出这可能是一种“完全由奇异物质构成的星系团”，一种非常奇特的物质，尽管它受到引力不稳定性的影响，却只吸引相同类型的物质。在2000年的采访中，福尔特表示，他很难相信这样一个势阱没有吸引一些星系、气体或任何发射电磁波的物体。以下是福尔特采访摘录的复制品。
作为2001年6月研讨会的参与者，并在会上发表了一篇题为“双物质对抗暗物质”的报告，我非常好奇地想听听梅利耶在此次活动中的发言。他首先表示，他完全相信他的数据处理方法是有效的。他当时在屏幕上展示了1999年在《世界报》上占据整版的三维地图，确认了他两个“暗星系团”的识别，并补充说，此后他还发现了第三个同样巨大的同类物体。当我询问这些物体时，他在公开场合回答我：
- 就我个人而言，我不相信这些暗星系团……
无法获得更多信息，我承认这个回答让我非常困惑。要么是他的方法存在一些尚未被分析的随机性，可能产生人为的错误（对应这些令人困惑的物体），要么是他的方法是可靠的，而这些三个物体的存在提出了一个令人不安的问题，无法通过这种手法来回答。此外，自X射线望远镜升空以来，人们发现星系团是重要的能量源，能量约为10 keV。将这种辐射归因于热氢气，这表明其温度约为一亿度，对应于热运动速度为1400 km/s。
梅利耶说：这些暗星系团也不会发出X射线。
这种行为的解释可以通过重新阅读这次研讨会的副标题来简单理解，这个副标题没有留下任何其他解释的空间，只有暗物质。这种行为在当代天文学和天体物理学界并不是例外。举个例子。著名的哈勃定律，即红移与源的距离成正比，早已成为一种教条。所有源都必须符合这一规律，那些偶然拒绝这样做的是“被排除的”。众所周知，哈伦·阿尔普（Halton Arp）是一个真正的阻碍者，他声称识别出许多“异常红移”。由于他显然不愿意服从并承认这些“异常”图像只是观测错误，他最终被他的同事（那些分配“观测时间”的人）禁止观测，并被驱逐到纽约。如果要召开一次关于这一主题的研讨会，那只能是“调查”以更好地定义“哈勃常数”。任何报告红移各向异性、不同天体群体的显著变化或特定方向的准周期波动的研究都会被视为令人不安的偏离，或者只是“不相关”的工作。
当我决定在此次研讨会上发表演讲时，我的同事埃娃·阿塔纳索乌拉（Evangelina Athanassoula），法国国家科学研究中心（CNRS）的研究员，和我一样在马赛天文台工作，对此感到困惑，认为我的工作是“不相关的”。这确实是一种看待事物的方式，但我认为这相当不科学（就像扬尼克·梅利耶对自己工作的评论一样！）。因此，人们不会惊讶于我被允许在此次研讨会上发表的工作几乎没有引起任何兴趣或批评：它们只是“不相关”。2001年6月26日，我有40份我演讲的“长版本”（43页）和30份简短版本（16页）的复印件，我决定再次尝试，前往研讨会的礼堂，将这七十份文件放在桌上，开始会议前，用红笔在封面上写着：“take me, read me”（拿走我，阅读我）。这些文件都被与会者带走了。我再也没有在地面或纸篓中找到任何一份。尽管这次新的尝试试图引发讨论，但200名与会者中没有任何人与我联系。在接下来的几天里，我在会议上的发言完全失败。我们来总结一下。一位发言人刚刚做了一个关于引力透镜效应一般问题的“调查”，然后他的同事（包括梅利耶）展示了他们最新的研究成果。对话如下：
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最近，人们越来越频繁地谈论我们宇宙中可能存在一种具有负能量的成分，从引力角度看是排斥性的。您是否考虑过这种物质的集中区域所产生的引力透镜效应？那么，我们将面对一种“负透镜效应”。我本人在1995年发表在《天体物理学与空间科学》（Astrophysics and Space Science）上的文章中描述了这种现象。
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在这种情况下，这将是正能物质分布中的一个空缺。
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不，我并不是这个意思。我是指考虑具有负能的物体所产生的效应。
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所以是正能物质中的空缺……
对话结束，背景是完全不关心这个问题的观众。我最终对与会者说：
- 我们现在是2001年6月。引力透镜效应的分析和由此产生的测绘结果导致了难以理解的物体：“暗星系团”。星系动力学“迫使我们接受，它们的大部分质量以暗物质晕的形式存在”，没有人能检测到它，也没有人能指出它的组成或起源。过去十年来，所有试图识别这种暗物质的尝试都以失败告终。类似的情况也出现在星系团中，未观测物质与可见物质的比例达到100。天文学家预测每个星系中心都有一个百万个太阳质量的黑洞，但没有人能观测到它们。我们在这次研讨会上看到，同事们不断展示不断改进的图像，描述了“非常大的结构”（VLS），即宇宙的大尺度结构。显然，“肥皂泡连接图像”每年都在得到证实。然而，正如我们所看到的，基于冷暗物质（CDM）的最先进数值模拟产生了一个丝状宇宙，似乎与观测结果毫无关系。以下是研讨会中展示的一张最新图像。
然而，您已经看到了我们过去八年制作的图像：
这些图像与观测结果一致：
为什么这两个思想流派之间完全无法进行对话？
完全沉默。
同一时期（2001年6月），在布卢瓦举行了一次研讨会，理论物理学家们探讨了新宇宙成分的性质，其中一位将其称为“暗能量”。据某些人说，这种神秘物质具有排斥物质的特性，通过一种称为“反重力”的力，代表了宇宙内容的65%。为什么称为“反重力”？因为对高红移超新星的观测似乎证实了宇宙膨胀的晚期加速。
这个物体有多个名称。请注意，如今，由于无法在实验或观测层面证明其研究对象的存在，科学家们生产了……大量的标签。其中一个名称是：
“第五元素”
这个词具有重要意义。因为“第五元素”是“第五本质”，“第五元素”。这个词源自炼金术，炼金术基于对物质的四种元素描述：水、火、空气、土。因此，这是第五种元素。我们的理论物理学似乎退回到了中世纪。但这并不罕见。在这个时代，迷信正在蔓延，人们真的不知道什么是真实的，科学家们则聚集在不同的旗帜下。天体物理学家的旗帜是“暗物质”，而理论物理学家则只相信“超弦理论”。因此，当代科学会议看起来像神职人员的集会，围绕着组织化的信仰体系。
我们向“物质在哪里？”国际研讨会提交的演讲文本。
顺便说一句，带点幽默感。