“悟空” PK宇宙大魔頭

范瑜

在剛剛過去的2017年里，科學(xué)界最后的大新聞應(yīng)該就是“悟空”了：暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”工程團隊在《自然》雜志上發(fā)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(yè)術(shù)語，應(yīng)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(wěn)定，但有時也會“突變”，某一個速度的電子數(shù)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(zhì)粒子碰撞湮滅時產(chǎn)生高能電子形成的。而暗物質(zhì)，正是近百年來科學(xué)家們心心念念的神秘存在，是如今科學(xué)界最大謎團之一。

所謂暗物質(zhì)，是相對于我們常說的可見物質(zhì)、普通物質(zhì)而言，指宇宙中無法被人類直接看見或者觀測到的物質(zhì)。它不跟光波發(fā)生作用，對各種光作用無動于衷。歷史上，許多科學(xué)界大人物如開爾文、龐加萊，都猜想過“暗物質(zhì)”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(zhì)的平均密度必須達(dá)到5×10-30克/立方厘米才能保持穩(wěn)定。然而，后人觀測發(fā)現(xiàn)，宇宙物質(zhì)密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這個理論值。

怎么會這樣呢？1932年，荷蘭天文學(xué)家揚·奧爾特給出了自己的設(shè)想，即銀河系中存在大量暗物質(zhì)；第二年，瑞士天文學(xué)家茲威基進一步驗證，推算出星系團平均質(zhì)量與觀測亮度相差160倍，因而推導(dǎo)出星系團里絕大部分物質(zhì)都是看不見的。從此，暗物質(zhì)作為天文領(lǐng)域的“大魔頭”登上歷史舞臺。

然而，半個多世紀(jì)過去，人們對暗物質(zhì)的研究依然不明朗。上到衛(wèi)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(xué)家們發(fā)現(xiàn)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(zhì)——不明覺厲。

那么，為什么要花那么大力氣研究暗物質(zhì)？其實，它與我們的生存息息相關(guān)?？茖W(xué)家觀測星系旋轉(zhuǎn)時發(fā)現(xiàn)，所有發(fā)光物質(zhì)提供的引力無法抵消系內(nèi)旋轉(zhuǎn)時的離心力，因此推測，星系里存在著比普通物質(zhì)多得多的暗物質(zhì)來提供額外引力，以阻止星系解體。也就是說，沒有暗物質(zhì)，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(zhì)很有可能創(chuàng)造前所未有的應(yīng)用。

目前為止，我們能夠確定的是，暗物質(zhì)占整個宇宙物質(zhì)成分的26.8%，而普通物質(zhì)只有4.9%。暗物質(zhì)的密度很小，但是數(shù)量龐大，它的總質(zhì)量占宇宙總質(zhì)量的96%。據(jù)科學(xué)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(zhì)。有這樣隱形的龐然大物在宇宙中看不見摸不到，科學(xué)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(zhì)。

（余子君薦自《環(huán)球人物》）

責(zé)編：Ester