范瑜
在剛剛過去的2017年里,科學界最后的大新聞應該就是“悟空”了:暗物質粒子探測衛星“悟空”工程團隊在《自然》雜志上發表論文,宣布“悟空”獲得了世界上最精確的高能電子宇宙線能譜。
一般人聽到這么大串專業術語,應該是一臉茫然的表情。電子?宇宙?什么高能?怎么就高能了?事實上,能譜就是宇宙中各種速度電子的能量曲線。平時這曲線很平滑穩定,但有時也會“突變”,某一個速度的電子數量增多,這就異常了。通常這種異常非常微弱,很容易被宇宙射線背景信號淹沒,但還是被性能杰出的“悟空”探測到了。
問題又來了。為什么要探測異常?因為這種電子能譜異常,很可能是暗物質粒子碰撞湮滅時產生高能電子形成的。而暗物質,正是近百年來科學家們心心念念的神秘存在,是如今科學界最大謎團之一。
所謂暗物質,是相對于我們常說的可見物質、普通物質而言,指宇宙中無法被人類直接看見或者觀測到的物質。它不跟光波發生作用,對各種光作用無動于衷。歷史上,許多科學界大人物如開爾文、龐加萊,都猜想過“暗物質”的存在,但真正讓它浮出水面的,還得歸功于愛因斯坦。1915年,愛因斯坦提出廣義相對論,推論得到:宇宙物質的平均密度必須達到5×10-30克/立方厘米才能保持穩定。然而,后人觀測發現,宇宙物質密度遠遠小于這個理論值。
怎么會這樣呢?1932年,荷蘭天文學家揚·奧爾特給出了自己的設想,即銀河系中存在大量暗物質;第二年,瑞士天文學家茲威基進一步驗證,推算出星系團平均質量與觀測亮度相差160倍,因而推導出星系團里絕大部分物質都是看不見的。從此,暗物質作為天文領域的“大魔頭”登上歷史舞臺。
然而,半個多世紀過去,人們對暗物質的研究依然不明朗。上到衛星探測器,下到地下隧道,從中國“悟空”、錦屏地下實驗室,到歐洲的大型強子對撞機……科學家們發現了一個又一個“異常星團”,推測出一撥又一撥神秘存在,但對于它們的分布、形成,仍知之甚少。如今,我們只能用四個字來形容暗物質——不明覺厲。
那么,為什么要花那么大力氣研究暗物質?其實,它與我們的生存息息相關。科學家觀測星系旋轉時發現,所有發光物質提供的引力無法抵消系內旋轉時的離心力,因此推測,星系里存在著比普通物質多得多的暗物質來提供額外引力,以阻止星系解體。也就是說,沒有暗物質,就沒有星系,也就沒有人類。況且,作為一種全新的、未知的粒子,暗物質很有可能創造前所未有的應用。
目前為止,我們能夠確定的是,暗物質占整個宇宙物質成分的26.8%,而普通物質只有4.9%。暗物質的密度很小,但是數量龐大,它的總質量占宇宙總質量的96%。據科學家推測,光是銀河系及其外盤,就存在著比銀河系半徑還大10倍的暗物質。有這樣隱形的龐然大物在宇宙中看不見摸不到,科學家的確是心癢難耐。
接下來,“悟空”還有一年半的宇宙探索時間,希望它能用火眼金睛找到更多線索,讓我們早日“看”到暗物質。
(余子君薦自《環球人物》)
責編:Ester