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暗物质里可能生活着暗生命

20世纪30年代,瑞士天文学家兹维基在观察银河系的星球运动时,发现星系边缘的一些星球跑得很快,按星系的引力来计算,是拉不住它们的,可是它们并没有飞走。兹维基因此认为,在它们附近必然存在着一些看不到的物质。不过,他认为这是一种银河系的区域性现象,把它们称为“缺失的质量”。

暗物质里可能生活着暗生命

过了40年多年,天文界才勉强接受了这一思想。观测数据表明,若无这些看不到的物质的作用,许多星系都得散架。20世纪80年代,天文界终于认识到,这写看不见的物质在宇宙中普遍存在,且在可见宇宙中占据了压倒性的份额。

那些组成可见原子的东西,在宇宙空间中分布很稀疏,密度仅相当于平均每立方米含有250个质子质量。近几年来,宇宙学家开始认识到可见物质在宇宙中可能处于次要地位,但他们还是坚持认为可见宇宙所发生的事情更令人兴奋(也许暗宇宙中发生着更惊人的事件,只是人们不知道而已)。从他们少量的、有关暗物质的言论推断,他们猜测,暗物质是单一的一种物质,且其作用范围很有限,趋向于聚集成巨大而松散的云层,只是像胶子一样,把可见宇宙拉住。大多理论家认为,暗物质应是一种大质量的、弱相互作用的粒子,分冷、暖两类,主流看法倾向于冷(所谓冷、暖,是指其速度的快慢)。它们皆为惰性的实体,质量约为质子的100倍。按理论计算,若两个暗物质粒子相撞(其概率极微小),它们都将湮灭,并发出伽马射线。

因此,美国航空航天局使用CLAST伽马射线大视场空间望远镜寻找暗物质,但未有结果。费米实验室的胡珀说,暗物质粒子的湮灭辐射可能很暗,以致CLAST伽马射线大视场空间望远镜很难有作为。人们还曾对欧洲核子研究所的大型强子对撞机寄予希望,但该项目的研究团队称,他们找到了科学界期盼已久的希格斯粒子(它赋予物质质量),却未发现暗物质粒子。

其他很多著名的暗物质探测实验,也都没能发现暗物质粒子。加州大学的芬格说:“你一旦越出暗物质是一种粒子的观念,就有很多方向可走。”纽约赫顿学院的威尔等人提出了暗原子的概念,说暗原子就像普通的氢原子,即一个暗电子绕着一个暗质子。它们也可通过吸收可放射暗光子来改变暗原子的能量水平。

本来,所有的努力都未改变暗物质的基本假设,即它总的来说是简单的、呈惰性的。然而荷兰阿姆斯特丹大学的物理学家温尼格的研究却强烈地撼动了这一现状。2012年1月,他和同事研究了费米实验室43个月的数据,这是美国航空航天局空间天文台对伽马射线扫描的结果。该台接收到一个非常的信号,十分明显地突出了其他辐射。偶然的宇宙性爆发事件,其产生的高能辐射大致遍及电磁波谱的所有波段。而这一辐射却完全不同,它十分类似于一个危难的呼叫。温尼格及其同事反复研究了这一信号,一再核对记录,认为这一伽马射线似乎像一个理论上早就述及的暗粒子碰撞并相互湮灭时发出的闪光。对此,他的小组认为,这是暗物质活动的明显印记。

他们的研究结果具有不容忽视的巨大意义。温尼格仍在关注费米实验室的数据,他说:“若最终它的确是一个真实的信号,那将令人震惊。”他认为,这可能是暗物质粒子相互碰撞的信号。通过这种碰撞,看不见的事物变得可见。

在温尼格公布了他们的研究结果后,约有100篇论文紧跟而来,他们相信这个信号是真实存在的,并分析、计算它的内涵。哈佛大学的兰德尔等人大为振奋,认为是时候抛弃有关暗物质的传统观念了。他和吉吉·范等哈佛大学的理论家提出了一个关于暗物质的新理论。兰德尔说:“按目前的暗物质理论模型推测,暗物质湮灭信号应该是很微弱的,难以测得。”他们认为,温尼格发现的是第二种类型的暗物质,它们不像主要类型那样弥散,能相互作用,就像可见物质那样。这些相互作用型暗物质聚集后,可能塌缩成一个盘面,并产生温尼格观测到的那种强烈信号。如果一种暗物质聚集成块,那就有可能形成过去未曾想到的暗物质结构。它可能膨胀成星球,周围有暗原子组成的暗行星。在极端情况下,这类新型暗物质甚至可能有暗生命的出现。我们可能正坐在一个影子星系的顶上!

双盘暗物质显现出许多复杂的行为,一如普通的可见物质。由于暗物质的总量很大,因此双盘暗物质的总量可能跟宇宙中的可见物质不相上下。兰德尔说:“这一过去从未有人思考过的情况虽还难以证实,但它打开了一个完整的新世界。而这,也正是它令人着迷的地方。”

这一暗物质假设的逆转,的确令人吃惊。不过,天文学的进展,不正是如此吗?500多年前,哥白尼丢弃了当时盛行的人类中心说。他认为,地球并非处于宇宙的中心,是地球绕着太阳,并非太阳绕行地球。

要让主流科学家放弃原先的看法,并认真地接受这个影子世界,还需一些可靠的证据。温尼格担心的是,费米实验室的数据太模棱两可,不能作为铁证。他说:“我们需要同一实验的大量证据,证明(所说的东西)确实在那里。”

哈佛大学的天体物理学家芬克拜纳独立地分析了上述数据,也有类似温尼格的困惑,感到其结果似乎处于真伪之间。他说:“这是最令人烦恼的事情。一种选择是,信号没有我们想象的那么亮。”

不论这一特殊的观测命运如何,兰德尔打算跟进。若我们的星系真的在一个影子星系的上方,那就有别的方法可以测得。

2013年春天,欧空局的普朗克探测飞船完成了对宇宙组成要素的长达15个月的空前精密的探测。结果表明,我们能看到的物质,只占宇宙总量的4.9%,另一种基本上看不见的物质占压倒性的比例,达26.8%,余下的68.3%是暗能量。总的说来,我们宇宙2/3的成分是看不见的、非物质的。

2013年秋天发射升空的盖亚空间天文台,将完成一个巨大的、能说明真相的探测。它将在银河系内,绘制出10亿颗星球的位置和速度。我们可以从中找到非常态运动的星球,它们很可能正是被一个不可见的、厚密的暗物质盘所牵引,并由此推测出暗物质盘的轮廓。

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