探索困擾了科學(xué)界40年暗物質(zhì)

　　這些神秘物質(zhì)被稱作暗物質(zhì)和暗能量。盡管看不見摸不著，但是它們會(huì)對(duì)“可見宇宙”施加引力影響，而這種影響是能夠被察覺到的。而暗物質(zhì)和暗能量本身則仍然隱匿于黑暗之中，無影無蹤。

　　5月9日，在一場(chǎng)在美國紐約城市大學(xué)舉行的演講中，科學(xué)作家理查德?帕內(nèi)克(Richard Panek)說：“宇宙主要的組成部分是什么？誰知道呢！”他繼續(xù)解釋說：“現(xiàn)在我們對(duì)此一無所知，也或許我們永遠(yuǎn)都搞不明白這個(gè)問題。”

　　在帕內(nèi)克的新書《4%的宇宙》中，他為讀者們回顧了暗物質(zhì)和暗能量的發(fā)現(xiàn)歷程。這是一個(gè)充滿驚奇的科學(xué)發(fā)現(xiàn)歷程，也是一條科學(xué)家們互相激烈競(jìng)爭(zhēng)，希望首先揭開謎底的探索之路。

　　暗物質(zhì)

　　科學(xué)家們最早察覺到宇宙中可能還存在我們所看不到的物質(zhì)，是在上世紀(jì)60~70年代。維拉?魯賓(Vera Rubin)是美國華盛頓卡內(nèi)基研究院地磁系的一位年輕的女性天文學(xué)家，當(dāng)時(shí)她正在對(duì)星系中不同位置的恒星運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行研究。

　　根據(jù)牛頓的經(jīng)典物理學(xué)，位于星系外部邊緣的恒星，其運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)當(dāng)相對(duì)較慢，而位于靠近中心部位的恒星運(yùn)動(dòng)速度較快。但魯賓卻觀察到了讓她震驚不已的情形：這些星系中不同位置的恒星根本沒有顯示出任何速度上的差異，它們似乎都以相同的速度圍繞星系中央運(yùn)行。

　　帕內(nèi)克解釋說：“這意味著星系應(yīng)該會(huì)被撕裂，分崩離析。因?yàn)檫@不符合引力理論，是完全不穩(wěn)定的。魯賓于是認(rèn)定，自己一定是什么地方出錯(cuò)了�！�

　　但是，其他天文學(xué)家進(jìn)行的重復(fù)觀測(cè)證實(shí)了他的觀察結(jié)果是正確的。最后，在經(jīng)過大量的觀測(cè)驗(yàn)證和計(jì)算機(jī)模擬之后，天文學(xué)家們不得不接受這樣一個(gè)結(jié)果，那就是這些星系中必定存在大量我們看不到的物質(zhì)。因?yàn)橹挥挟?dāng)假設(shè)我們所看到的物質(zhì)只占星系全部物質(zhì)的一小部分時(shí)，才能解釋這樣詭異的運(yùn)動(dòng)模式。困惑不已的科學(xué)家們于是便將這些看不見的神秘物質(zhì)稱為“暗物質(zhì)”。

　　那么，暗物質(zhì)究竟在哪里呢？

　　盡管40年來科學(xué)家們奮力工作，可是他們至今仍然無法搞清楚暗物質(zhì)的本質(zhì)究竟是什么這一問題。

　　一個(gè)比較流行的觀點(diǎn)認(rèn)為，暗物質(zhì)是由一種奇異的物質(zhì)粒子組成的，這種粒子不會(huì)和常規(guī)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，甚至和光也不會(huì)產(chǎn)生相互作用，因此是看不到的。但它卻和常規(guī)物質(zhì)一樣具有質(zhì)量，因此會(huì)對(duì)周邊的其他物質(zhì)產(chǎn)生引力影響，這就是為什么它會(huì)造成星系中恒星運(yùn)動(dòng)的異常，以及宇宙中其他不同尋常的現(xiàn)象。

　　然而令人沮喪的是，物理學(xué)家們進(jìn)行的長期搜尋工作仍然無法捕捉到這種奇異粒子的任何蛛絲馬跡，甚至連根據(jù)其理論性質(zhì)設(shè)計(jì)的專門實(shí)驗(yàn)也未能找到它的身影。

　　帕內(nèi)克認(rèn)為，這樣的狀況給整整一代科學(xué)家們?cè)斐蓢?yán)重的打擊。他說：“我認(rèn)為對(duì)于暗物質(zhì)的搜尋讓科學(xué)家們產(chǎn)生了嚴(yán)重的挫折感。當(dāng)他們年輕時(shí)，他們信心滿滿的進(jìn)入這一領(lǐng)域，告訴自己說，‘好吧，就讓我來解決這個(gè)棘手的問題吧�！窃诮�(jīng)過15年、20年之后，他們?nèi)匀粵]能取得任何進(jìn)展。這時(shí)候他們就會(huì)非常沮喪。他們會(huì)對(duì)自己說‘我已經(jīng)將我的整個(gè)科學(xué)生涯投入進(jìn)了這項(xiàng)工作之中，可是我現(xiàn)在都不知道自己這輩子到底還能不能再這一領(lǐng)域取得一些新的發(fā)現(xiàn)�！�

　　但是還是有很多滿懷激情的物理學(xué)家們對(duì)此懷著希望。他們認(rèn)為我們數(shù)十年來的工作正讓我們逐漸接近真相，而位于瑞士日內(nèi)瓦的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)則將有望幫助我們最終找出暗物質(zhì)的秘密。

　　暗能量

　　暗能量甚至比暗物質(zhì)更加神秘莫測(cè)。它的發(fā)現(xiàn)更加晚，在可預(yù)見的將來，科學(xué)家們能解開它的奧秘的可能性更小。

　　故事要從1990年代開始說起。當(dāng)時(shí)有兩個(gè)頂尖的物理學(xué)家小組正在從事宇宙膨脹方面的研究工作。他們的目的是想找出宇宙的膨脹究竟有多快，從而推測(cè)它的命運(yùn)：宇宙究竟會(huì)永遠(yuǎn)膨脹下去。還是會(huì)最終收縮成為一點(diǎn)，形成所謂的“大反沖”。

　　為了做到這一點(diǎn)，科學(xué)家們運(yùn)用特殊的方法對(duì)宇宙中各個(gè)方向上的超新星進(jìn)行測(cè)距。隨后他們對(duì)這些天體目標(biāo)進(jìn)行光譜測(cè)量，以便了解它們遠(yuǎn)離我們的速率有多快。

　　我們知道，由于光速的有限性，遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光需要花費(fèi)數(shù)百萬甚至數(shù)十億年的時(shí)間才能到達(dá)地球。因此當(dāng)我們觀測(cè)遙遠(yuǎn)的天體時(shí)，我們其實(shí)是在回溯時(shí)間，目睹過去的時(shí)光。因此，對(duì)宇宙中不同距離上天體遠(yuǎn)離我們而去速度的測(cè)量，我們事實(shí)上正在觀察宇宙不同時(shí)期膨脹速率上的差異。

　　科學(xué)家們預(yù)計(jì)他們將觀測(cè)到兩種可能的情形：第一種是宇宙一直以一種近似相同的速率膨脹，第二種就是，隨著宇宙年齡增加，膨脹動(dòng)力逐漸減弱，膨脹速率隨之變慢。

　　但實(shí)際觀測(cè)的結(jié)果再次讓他們目瞪口呆。因?yàn)樗麄兯吹降那闆r完全出乎他們的預(yù)料：宇宙正在加速膨脹！

　　這樣的事實(shí)無法用我們已知的任何物理學(xué)知識(shí)來解釋。根據(jù)傳統(tǒng)的物理學(xué)觀點(diǎn)，宇宙中全體物質(zhì)的引力應(yīng)當(dāng)會(huì)使宇宙膨脹減速，甚至開始收縮，正如我們拋出一個(gè)皮球，當(dāng)它上升到一定的高度就會(huì)因?yàn)?/FONT>地球的引力而逐漸減速最后下落一樣。