“悟空” PK宇宙大魔头
2018-04-19范瑜
范瑜
在刚刚过去的2017年里,科学界最后的大新闻应该就是“悟空”了:暗物质粒子探测卫星“悟空”工程团队在《自然》杂志上发表论文,宣布“悟空”获得了世界上最精确的高能电子宇宙线能谱。
一般人听到这么大串专业术语,应该是一脸茫然的表情。电子?宇宙?什么高能?怎么就高能了?事实上,能谱就是宇宙中各种速度电子的能量曲线。平时这曲线很平滑稳定,但有时也会“突变”,某一个速度的电子数量增多,这就异常了。通常这种异常非常微弱,很容易被宇宙射线背景信号淹没,但还是被性能杰出的“悟空”探测到了。
问题又来了。为什么要探测异常?因为这种电子能谱异常,很可能是暗物质粒子碰撞湮灭时产生高能电子形成的。而暗物质,正是近百年来科学家们心心念念的神秘存在,是如今科学界最大谜团之一。
所谓暗物质,是相对于我们常说的可见物质、普通物质而言,指宇宙中无法被人类直接看见或者观测到的物质。它不跟光波发生作用,对各种光作用无动于衷。歷史上,许多科学界大人物如开尔文、庞加莱,都猜想过“暗物质”的存在,但真正让它浮出水面的,还得归功于爱因斯坦。1915年,爱因斯坦提出广义相对论,推论得到:宇宙物质的平均密度必须达到5×10-30克/立方厘米才能保持稳定。然而,后人观测发现,宇宙物质密度远远小于这个理论值。
怎么会这样呢?1932年,荷兰天文学家扬·奥尔特给出了自己的设想,即银河系中存在大量暗物质;第二年,瑞士天文学家兹威基进一步验证,推算出星系团平均质量与观测亮度相差160倍,因而推导出星系团里绝大部分物质都是看不见的。从此,暗物质作为天文领域的“大魔头”登上历史舞台。
然而,半个多世纪过去,人们对暗物质的研究依然不明朗。上到卫星探测器,下到地下隧道,从中国“悟空”、锦屏地下实验室,到欧洲的大型强子对撞机……科学家们发现了一个又一个“异常星团”,推测出一拨又一拨神秘存在,但对于它们的分布、形成,仍知之甚少。如今,我们只能用四个字来形容暗物质——不明觉厉。
那么,为什么要花那么大力气研究暗物质?其实,它与我们的生存息息相关。科学家观测星系旋转时发现,所有发光物质提供的引力无法抵消系内旋转时的离心力,因此推测,星系里存在着比普通物质多得多的暗物质来提供额外引力,以阻止星系解体。也就是说,没有暗物质,就没有星系,也就没有人类。况且,作为一种全新的、未知的粒子,暗物质很有可能创造前所未有的应用。
目前为止,我们能够确定的是,暗物质占整个宇宙物质成分的26.8%,而普通物质只有4.9%。暗物质的密度很小,但是数量庞大,它的总质量占宇宙总质量的96%。据科学家推测,光是银河系及其外盘,就存在着比银河系半径还大10倍的暗物质。有这样隐形的庞然大物在宇宙中看不见摸不到,科学家的确是心痒难耐。
接下来,“悟空”还有一年半的宇宙探索时间,希望它能用火眼金睛找到更多线索,让我们早日“看”到暗物质。
(余子君荐自《环球人物》)
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