“悟空” PK宇宙大魔頭

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