暗物質里可能生活著暗生命

陳壯叔

這是一個非常好的問題，一些科學家已經猜測宇宙中存在暗物質組成的天體，甚至存在暗生命了。當然，暗物質之所以被稱為暗物質，就是因為觀測不到，所以，就算有暗物質組成的天體，我們也看不到。

20世紀30年代，瑞士天文學家茲維基在觀察銀河系的星球運動時，發現星系邊緣的一些星球跑得很快，按星系的引力來計算，是拉不住它們的，可是它們并沒有飛走。茲維基由此認為，在它們附近必然存在一些看不到的物質。不過，他認為這是銀河系特有的區域性現象，把它們稱為“缺失的質量”。

過了40多年，天文學界勉強接受了這一思想。觀測數據表明，若無這些看不到的物質的作用，許多星系都得散架。20世紀 80年代，天文學界終于認識到，這些看不見的物質在宇宙中普遍存在，且在宇宙中占據了壓倒性的份額。那些組成可見原子的東西在宇宙空間中分布很稀疏，密度僅相當于每立方米平均含有250個質子，可見物質在宇宙中可能處于次要地位。但宇宙學家還是堅持認為，可見宇宙所發生的事情更令人興奮（也許暗宇宙中發生著更驚人的事件，只是人們不知道而已）。他們猜測，暗物質是單一物質，且其作用范圍很有限，趨向于聚集成巨大而松散的云層，像膠子一樣把可見宇宙拉住。大多理論物理學家認為，暗物質應是一種大質量的、弱相互作用的粒子，分冷、暖兩類，主流看法傾向于冷（所謂冷暖，是指其速度的快慢）。它們皆為惰性的實體，質量約為質子的100倍。按理論計算，若兩個暗物質粒子相撞（其概率極微小），它們都將湮滅，并發出

伽馬射線。

因此，美國航空航天局使用CLAST伽馬射線大視場空間望遠鏡尋找暗物質，但未有結果。費米實驗室的胡珀說：“暗物質粒子的湮滅輻射可能很暗，以致CLAST伽馬射線大視場空間望遠鏡很難有作為。”人們還曾對歐洲核子研究所的大型強子對撞機寄予希望，但該項目的研究團隊稱，他們找到了科學界期盼已久的希格斯粒子（它賦予物質質量），卻未發現暗物質粒子。

其他很多著名的暗物質探測實驗，也都沒能發現暗物質粒子。加利福尼亞大學的芬格說：“一旦越出暗物質是一種粒子的觀念，就有很多方向可走。”紐約赫頓學院的威爾等人提出了暗原子的概念，說暗原子就像普通的氫原子，一個暗電子繞著一個暗質子。它們也可通過吸收可放射的暗光子來改變暗原子的能量水平。

本來，所有的努力都未改變暗物質的基本假設，即它總的來說是簡單的、呈惰性的。然而荷蘭阿姆斯特丹大學的物理學家溫尼格的研究卻強烈地撼動了這一現狀。2012年1月，他和同事研究了費米實驗室43個月內收集的所有數據，這是美國航空航天局空間天文臺對伽馬射線進行掃描的結果。該臺接收到一個非同尋常的信號，與其他輻射完全不同。偶然的宇宙性爆發事件產生的高能輻射大致遍及電磁波譜的所有波段，而這一輻射卻完全不同，十分類似一個危難的呼叫。溫尼格及其同事反復研究了這一信號，一再核對記錄，認為這一伽馬射線似乎像理論上早就述及的暗粒子碰撞并相互湮滅時發出的閃光。他們認為，這是暗物質活動的明顯印記。

這一研究結果具有不容忽視的巨大意義。溫尼格仍在關注費米實驗室的數據，他說：“若最終確認它是一個真實信號，那將令人震驚。”他認為，這可能是暗物質粒子相互碰撞的信號。通過這種碰撞，看不見的事物變得可見。

在溫尼格公布了他們的研究結果后，約有100篇論文緊跟而來。很多學者相信這個信號是真實存在的，并分析、計算它的內涵。哈佛大學的蘭德爾等人大為振奮，認為是時候拋棄有關暗物質的傳統觀念了。他和吉吉·范等哈佛大學的理論物理學家提出了一個關于暗物質的新理論。蘭德爾說：“按目前的暗物質理論模型推測，暗物質湮滅信號應該是很微弱的，難以測得。”他們認為，溫尼格發現的是第二種類型的暗物質，它們不像主要類型那樣彌散，而能相互作用，就像可見物質那樣。這些相互作用型的暗物質聚集后，可能塌縮成一個盤面，并產生溫尼格觀測到的那種強烈信號。如果一種暗物質聚集成塊，就有可能形成過去未曾想到的暗物質結構。它可能膨脹成恒星，周圍有暗原子組成的暗行星。在極端情況下，這類新型暗物質可能出現暗生命。我們可能正坐在一個影子星系的頂上！

雙盤暗物質顯現出許多復雜行為，一如普通的可見物質。由于暗物質的總量很大，因此，雙盤暗物質的總量可能跟宇宙中的可見物質不相上下。蘭德爾說：“這一過去從未有人思考過的情況雖然還難以證實，但它打開了一個完整的新世界。而這也正是它令人著迷的地方。”

這一暗物質假設的逆轉，的確令人吃驚。不過，天文學的進展不正是如此嗎？500多年前，哥白尼丟棄了當時盛行的人類中心說。他認為，地球并非處于宇宙的中心，是地球繞著太陽轉，并非太陽繞著地球。

要讓主流科學家放棄原先的看法，并認真地接受這個影子世界，還需一些可靠的證據。溫尼格擔心的是，費米實驗室的數據太模棱兩可，不能作為鐵證。他說：“我們需要同一實驗的大量證據，證明（所說的東西）確實在那里。”

哈佛大學的天體物理學家芬克拜納獨立分析了上述數據，也有類似溫尼格的困惑，感到其結果似乎處于真偽之間。他說：“這是最令人煩惱的事情。一種可能是，信號沒有我們想象的那么強。”

不論這一特殊的觀測命運如何，蘭德爾都打算跟進。若我們的星系真的在一個影子星系的上方， 那一定有別的方法可以測得。

2013年春天，歐空局的普朗克探測飛船完成了對宇宙組成要素的長達15個月的空前精密的探測。結果表明，我們能看到的物質，只占宇宙總量的4.9%，另一種基本上看不見的物質占壓倒性的比例，達26.8%，余下的68.3%是暗能量。總的說來，宇宙2/3的成分是看不見的、非物質的。

2013年秋天發射升空的“蓋亞”號探測器，也許能完成一個巨大的、能說明真相的探測。它將繪制出銀河系內10億顆恒星的位置和速度。我們可以從中找出非常態運動的星球，它們很可能正被一個不可見的、厚密的暗物質盤牽引，并由此推測出暗物質盤的輪廓。

讓我們期待暗物質真正的謎底。endprint