那么下面我来说说暗物质的存在的证据到底有哪些。

这个首先一点，我们先放眼我们的银河系，银河系里面有没有暗物质，事实上这是比较早的能证明暗物质存在的这个证据之一。

这个在讲之前，有一个很重要的关系我们必须要讲，叫开普勒

定律，开普勒定律就是上面这个式子所显示的，第一个，我们要用一下开普勒第三定律，他告诉你一个天体运动的周期，就是P，和它

到这个中央天体的距离之间的关系，是这么一个关系。

然后呢我们再用一下平方反比定律，就牛顿的，就是我们上次课讲的，你把它放上去，然后最后你就得到下面的关系，v平方等于GM比上r。

这个下面这个式子告诉我们是什么，告诉了我们，速度和距离之间的

关系是什么样子的，这个我们下面来看一个例子。

这个叫旋转曲线，就是速度和距离的关系，我们叫旋转曲线，

这个是一个旋转木马，这个你们知道这个旋转木马的旋转曲线是什么样，就是说你离这个木马-

越远，你的速度怎么样变化，哪个？

对，离中心越远，速度越大，这叫，用术语来说，这个叫刚性旋转，就是你们学理论力学的- 时候就会学到，叫刚性旋转。

这个你如果画出这条，这个旋转曲线呢，就是一条直线，往上的，就像刚才那个同学说的，离中心越远，速度越大。

这个斜率是多少呢？就是它转动的角速度，Ω，这个。

这个是太阳系，跟旋转木马又不一样了。

太阳系，太阳系我们知道，离太阳最近的是水星，金星，地球，地球绕太阳一圈，绕一圈是一年，对吧。

这个你们知道木星绕着太阳转一圈是多长时间？12年。

正好12年，正好一个地支，它们在天空中，十二黄道星座里面，每过一年，

走一宫，所以在中国古代也被称为岁星。

岁星，木星。

这个你们知道太阳系的这个旋转曲线是什么样子的？就是这个样子的，你们把刚才

开普勒定律加上牛顿平方反比定律用一下，就得到这么一条曲线。

这个水星的绕太阳的周期差不多58天，就是上面，看见没， 58天，然后呢，然后越往下，越往下越往下走，这个曲线成了一条，

其实跟你们在高中或者初中学的双曲线很类似的一条曲线，只是说你要开一个根号，就是下来- 就是这样。

这个是好理解的对吧，前面两个都是好理解的，先是一个刚性的，然后再是一个下来的。

那我来问你，银河系的旋转曲线是什么样的？这个是我们现在银河系的

这个图，我有过上课，学生问我，老师这个图是怎么拍的？

抱歉，这图不是拍的，这个跟大家说一下，这个图呢是我们制作的，

就是根据我们对天上星星的观测，有一套非常复杂的理论来告诉你，这个银河系的全貌是这样。

事实上，在上个世纪初，有好多天文学家倾其一生，就是做这个事情，就是看看银河系的结构到底是什么，银河系有几-

条旋臂啊，银河系的旋臂的大小有多大，有大的旋臂，有小的旋臂，银河系的中心有没有一个棒状结构啊-

，就像这个地方，有没有一个棒状结构啊，这是我们需要深刻了解的问题。

这个难点在什么地方呢？就是我们自己就在银河系的里面，

所以这个，你要在里面把整个全貌看清楚，其实是挺难的一件事情，这个大家都好理解，对吧。

另外一点，这个有一个观点很奇特，这个观点认为什么呢，我们，就是地球上，

社会科学经济相对发达的地方都在北半球，对吧，我们现在悉数想想，人类文明好像主要都在北半球开始出现的。

四大文明古国，或者怎么样，包括现代工业化这个国家，都在北半球。

北半球有个什么弱点呢？这个你在夏天，你去看天空中银河的时候，

这个银星的方向，就是银河系中心的在人马座那个方向，基本上都在地平线附近，

就是如果，说的极端一点，就是如果你在山坳里，就是你在山坳里，旁边有山的话，你可能根本就看不见那个

银河系的中心的样子，因为它离地面很低。

就是说这个观点认为，如果人类的文明是从南半球开始起来，因为在南半球，银河跨过天空，

这个银星的这个方向呢，人马座的这个方向，正好差不多可以从头顶的这个附近，当然跟纬度有关，基本上从头顶的方向经过，你能看到银核

的全貌，这个时候呢，你能很快地推断出，银核是一个扁平的盘，

所以这是有一种，有一种观点是这么认为，就是有时候换一个思路去想想，兴许是有道理的。

就是说，如果是这样的话，兴许人类可以早一百年知道银河系的结构以及它的旋臂啊这些东西。

那么，这是我们测量的银河系当中的旋转曲线，

可以看到，跟前面的无论是旋转木马直线型的上升，

或者是太阳系的这个类似双曲线的这种下降，它走了一个很奇怪的样子。

首先它先是一个很极端的快速的上升，对吧，然后开始震荡，震荡完了之后呢开始整理

形成一条平的这个曲线，这个我们叫做平坦的旋转曲线，

就是难就难在这个这条曲线，这个东西是怎么回事，我们刚才的差别太大，差别太大。

如果说前面那条上升你好理解，说刚性旋转嘛，对吧，类似一个旋转木马，刚性旋转，只不过这个斜率很高，嘣的一下就上去了。

到后面这个这怎么来的，这个问题怎么来？最大的问题就是说，这个比较一下，我把两个图放在一起，左边是太阳系的，往下，

右边是这个刚性，这个问题怎么来解决？有两种方案。

第一种，牛顿引力错了，为什么呢？刚才在做第一个曲线的时候，你用了牛顿平方反比定律对吧，

然后用了开普勒行星定律，开普勒行星定律呢是观测定律，我通过观测我发现的，这你没办法

否定掉，对吧，但牛顿平方反比定律，我可以说这个也许会出问题，

所以这个银河系的曲线，为什么是平的，第一点，牛顿错了，这个很诱人啊。

这个我就跟你们说了，这个打倒一个权威，你就成为权威了对吧。

都乐了，都是权威。

第二种，这个物质没有集中在银河系的中心。

同样的，在我们计算前一个旋转曲线的时候，你有一个假设，你类比了行星的系统对吧，行星的系统有一个

什么问题呢？在太阳系里边，99.9999%的质量都

集中在太阳上面，剩下的都几乎没有质量，这些行星，所以这个时候，你基本上形成了一个

质量高度集中在中心一点，你要说一点也行，然后旁边有一个天体在绕着它转的这么一个架势。

所以，这个你可以把这个条件释放掉，你想想，如果这个物质是蓬松的分布的，分布得很广，

会不会还有这样的一个现象？所以这个，你有两种选择。

这个在我们经典的教科书里面呢，大家都认为，第一种可能性不存在，为什么呢，

这个太离经叛道了，牛顿错了，这个代价太大了，

对吧，这个所有的都要改，整个教科书，整个体系，整个自然科学的体系说不定都得改，这个代价太大。

所以我们一般都说的是第二种情况，就是说认为物质没有集中在银河系的中心，但是我要告诉你们一点。

世界上有很多科学家，包括我在内，都在研究第一种可能性。

为什么呢？因为你没有理由，这个至少到目前为止，你没有理由把这两种都一棍子全部拍死。

这个目前没有说，就是牛顿或者是物质这两方面到底谁对谁错，没有决定性的证据能证明- 这一点，

大家都希望能找到决定性的证据。

就是说，好多科学家，我跟他们交流，他们都认为说，包括绝大多数做理论的，人说，我宁愿在我活着的时候，有人能证明我的理论

是错的，通过实验来证明，那我觉得也很有价值。

最担心的是什么呢，提出了一个理论，一辈子，第一没人理，这是最倒霉的，对吧，第二，都没法证明是对的还是错的，这其实挺难受的。

因为中国人讲究盖棺定论，其实人家多多少少也有点这个道理，所以这个。

但今天我们认为呢，尽管我个人啊，做的是前者，但我们今天讲的是后者，这个经典教科书嘛，这个太离经叛道的这个

目前还不太适合，我们先从，至少我们从另外一个角度先把这个问题，就是下边这个问题我们- 先讲清楚。

这个有一种假设就是这样的，物质没有集中在银河系的中心，在太阳轨道一带呢，可能有一千亿个太阳的物质，

那如果你把这个数字翻倍呢，物质也会随着翻倍，然后再翻倍，就这样形成了一个物质分- 布下去。

这个时候，你会发现，其实绝大多数银河系中的物质都在太阳的轨道之外，都在一个很大的外面的这个范围之内，

这个范围有多大呢，大概是银盘的十倍，十倍大。

这个里面呢包含了很多不发光的物质，或者绝大多数都是不发光的物质所构成的。

因为为什么呢，要是发光的话，我们早看到了，对吧，你想，比它多十倍呢，闹呢，这肯定早看到了。

这个呢是我们目前的这个知道，就是根据刚才那幅图像画出来这个图，

这个是我们现在所知道的银河系的这个侧面的结构，跟我们从这个

这个在地球上看那个银河是两个概念，我们从侧面，我们又跳到银河系外面去了，就这条蓝色-

的是银盘，其实就是在天空中投影看到的银河，看到它是一个很薄的盘，

中间呢这个椭球形的这个东西呢，叫核球，核球是年老的恒星所构成的一个球形的这个，这个东西转动起来，类似

于刚性的旋转，所以你看到，旋转曲线一上来是一个刚性上升的这么样一个架势。

这个东西，这一条带呢，这个盘呢是由发光的物质组成的，恒星啊、星云啊这些东西所组成的，所以我们能看到它，

这个红色的点呢，是球状星团，年龄呢差不多跟宇宙同样大，120亿年的样子，分布在银河系的外面，球状星团，这个随机-

分布的，这个也是发光物质，但其实球状星团亮度很暗，肉眼很少能看见，南半球有一个可以用肉-

眼看见，这个剩下的更多的更大的，就是一个由不发光的物质所组成的晕。

这个晕有多大呢，差不多十倍，然后整个弥漫在整个的这个空间当中，所以这是我们目前对银河系结构的这个大的框架。

当然还有很多很细节的这个东西在这个里面。

这就告诉我们，银河系中，不发光的物质比发光的物质至少要多十倍。

对吧，刚才那张图已经告诉我们了，如果我们认为物质没有集中在银河系中心的话。

[音乐]

牛顿引力 Vs 不可见物质（上）

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