人類離揭示世界全部奧秘究竟有多遠(yuǎn)

盧曙火

現(xiàn)代科技突飛猛進(jìn)、日新月異，知識(shí)信息總量呈爆炸性增長(zhǎng)?？萍嫉陌l(fā)展似乎使人感到，人類揭示大千世界的全部奧秘已指日可待了。然而，科技越是發(fā)展，人類的認(rèn)識(shí)越是深廣，人們逐漸懂得，人類離認(rèn)識(shí)宇宙的全部奧秘還相距甚遠(yuǎn)。中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)白春禮在給重慶大學(xué)的研究生們作科技報(bào)告時(shí)就曾指出，“我們現(xiàn)在已知的世界僅占全部世界的4%。為了進(jìn)一步的發(fā)展，我們需要?jiǎng)?chuàng)新、需要革命，以建立新的理論框架。”

“4%”這個(gè)數(shù)據(jù)不是隨便得出的，而是有著嚴(yán)密的科學(xué)依據(jù)。原來(lái)，在整個(gè)宇宙中，明物質(zhì)即能發(fā)光或能反射光線的普通物質(zhì)只占4%，剩下96%的物質(zhì)是什么還不清楚。這個(gè)數(shù)據(jù)告訴我們，宇宙之大，乾坤之廣，是人類無(wú)法想象的，人類要完全認(rèn)識(shí)宇宙，還有很長(zhǎng)很長(zhǎng)的路要走。

為何已知世界占比如此之少

人類對(duì)已知世界的認(rèn)識(shí)僅占全部的4%，基于“大爆炸宇宙論”?！按蟊ㄓ钪嬲摗闭J(rèn)為，宇宙是由一個(gè)致密熾熱的奇點(diǎn)于137億年前的一次大爆炸后膨脹形成的。20世紀(jì)40年代末，“大爆炸宇宙論”的鼻祖伽莫夫認(rèn)為，我們的宇宙正沐浴在早期高溫宇宙的殘余輻射中，其溫度約為6K（開(kāi)氏度，過(guò)去也曾被稱為絕對(duì)溫度，熱力學(xué)溫度單位，1K與1℃大小相等，但計(jì)算起點(diǎn)不同。攝氏度以冰水混合物的溫度為起點(diǎn)，而開(kāi)氏度是以絕對(duì)零度作為計(jì)算起點(diǎn)，即-273.15℃=0K）。1964年，美國(guó)貝爾電話公司的年輕工程師彭齊亞斯和威爾遜在調(diào)試巨大的喇叭形天線時(shí)，出乎意料地接收到一種無(wú)線電干擾噪聲，各個(gè)方向上信號(hào)的強(qiáng)度都一樣，而且歷時(shí)數(shù)月無(wú)變化。他們?cè)谂懦齼x器本身毛病或者棲息在天線上的鴿子引起的種種因素后，依然接收到那種無(wú)法解釋的噪聲。這種噪聲的波長(zhǎng)在微波波段，對(duì)應(yīng)于有效溫度為3.5K的黑體輻射出的電磁波。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步測(cè)量和計(jì)算，他們得出輻射溫度是2.7K，稱之為3K宇宙微波背景輻射。這一發(fā)現(xiàn)，極大地鼓舞了許多從事大爆炸宇宙論研究的科學(xué)家，因?yàn)檫@竟與理論預(yù)言的溫度如此接近！彭齊亞斯和威爾遜也因此在1978年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

接著問(wèn)題又出現(xiàn)了。既然宇宙起源于一次大爆炸，那么根據(jù)力學(xué)和萬(wàn)有引力定律，離大爆炸中心點(diǎn)越遠(yuǎn)的星系，其飛離中心點(diǎn)的速度也應(yīng)該越慢。但科學(xué)家卻發(fā)現(xiàn)，宇宙中越往外的星系，飛離中心點(diǎn)的速度不是衰減下去，反而變得越快。于是，科學(xué)家大膽地推斷：宇宙中一定有某些物質(zhì)和能量沒(méi)有被我們的天文觀測(cè)所發(fā)現(xiàn)，這些物質(zhì)被稱為“暗物質(zhì)”和“暗能量”。

根據(jù)萬(wàn)有引力定律，有了物體（星體或氣團(tuán)）圍繞星系運(yùn)行的速度和該物體距星系中心的距離，就可以估算出星系范圍內(nèi)的總質(zhì)量，但是計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，星系的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于星系中可見(jiàn)星體的質(zhì)量總和。最終，科學(xué)家推算出：星系中明物質(zhì)占4%，96%是未被人們認(rèn)識(shí)的物質(zhì)，其中暗物質(zhì)占23%，還有73%是導(dǎo)致宇宙加速膨脹的暗能量。這73%的數(shù)據(jù)就是根據(jù)宇宙加速膨脹所需要的能量計(jì)算出的。原來(lái)，“真空”中并非真的什么都沒(méi)有，只是物理的探測(cè)儀器探測(cè)不到罷了。

人類能認(rèn)識(shí)世界其余96%的物質(zhì)嗎

目前，科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)、暗能量存在的直接證據(jù)。美國(guó)匹茲堡大學(xué)斯克蘭頓博士領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)多國(guó)科學(xué)家小組宣布，他們借助美國(guó)“威爾金森微波各向異性探測(cè)器”（簡(jiǎn)稱WMAP）觀測(cè)宇宙微波背景輻射的微小變化，發(fā)現(xiàn)了暗能量存在的直接證據(jù)。作為宇宙“大爆炸”的“余燼”，宇宙微波背景輻射大約在“大爆炸”的38萬(wàn)年后產(chǎn)生，其中的光子在宇宙中穿行時(shí)會(huì)經(jīng)歷一系列物理過(guò)程，特別是在經(jīng)過(guò)質(zhì)量較大的星系時(shí)，這些光子將遭遇“引力陷阱”。斯克蘭頓等人介紹說(shuō)，如果星系主要由普通物質(zhì)組成，那么光子在落入“引力陷阱”以及逃逸出來(lái)的過(guò)程中，由于“陷阱”深度固定，其能量總體上將不會(huì)變化。但是，如果星系中包含暗能量，情況就會(huì)不同。由于暗能量有排斥力作用，光子在落入“引力陷阱”并逃出來(lái)的過(guò)程中，“陷阱”會(huì)逐漸變淺，能量反而增加。體現(xiàn)在微波背景輻射觀測(cè)圖上，經(jīng)過(guò)這些星系區(qū)域的宇宙微波背景輻射溫度將出現(xiàn)微弱上升。斯克蘭頓博士采用WMAP以及另一項(xiàng)名叫“斯隆數(shù)字天宇測(cè)量”（簡(jiǎn)稱SDSS）的技術(shù)，測(cè)定宇宙中星系的位置和彼此間距離，并對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)一些大質(zhì)量星系區(qū)域的宇宙微波背景輻射溫度確實(shí)出現(xiàn)了微升。科學(xué)家認(rèn)為，這一結(jié)論只有用暗能量才能解釋。

宇宙中所占比例最多的東西反而是人類最遲也是最難了解的，至今人類僅知道它們存在著，還不清楚它們的性質(zhì)。暗物質(zhì)、暗能量，將成為21世紀(jì)最大的科學(xué)謎團(tuán)之一?？茖W(xué)家認(rèn)為，暗能量的探測(cè)，會(huì)給能源研究帶來(lái)巨大的幫助，所以世界各國(guó)目前正在加緊對(duì)暗物質(zhì)、暗能量的研究。目前，科學(xué)家已掌握了暗物質(zhì)的蛛絲馬跡，如已發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)粒子——中微子，但它在暗物質(zhì)中只占很小的比例。諾貝爾獎(jiǎng)獲得者、美籍華裔科學(xué)家丁肇中領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，借助阿爾法磁譜儀也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)680萬(wàn)個(gè)正電子，這些正電子可能來(lái)自人類正在尋找的暗物質(zhì)。

實(shí)際上，對(duì)于占到宇宙4%的明物質(zhì)，我們也并沒(méi)有全部掌握它們的奧秘，需要進(jìn)一步研究和探索，有許多領(lǐng)域正面臨突破。因此，每個(gè)人都應(yīng)該珍惜自己的生命和青春，減少浮躁，靜心多學(xué)點(diǎn)東西，勇于探索，勇于創(chuàng)新，為世界科技進(jìn)步多作貢獻(xiàn)！