#所见所得,都很科学#
在现在已知的基本粒子中,只有微中子,与暗物质有点神似。微中子也不理睬人,暗黑成性。但物理学家计算了宇宙中现存微中子的数量,发现总质量并没有达到我们对暗物质的预期。所以暗物质若存在,必定是一个还没有被发现的新东西。
科学的发现,基本上就是揭露原本看不到的东西。
因此物理研究的前缘领域,充满了暗黑的想像,应该也不奇怪。
爱因斯坦的质能公式E=mc^2,可以说把科学家对暗黑的耽溺,往上推高了一个层级。这个公式显示质量与能量是同一件事,因此花费能量可以产生拥有质量的粒子,而粒子也可以衰变、消失,转化为能量。所以物理学家疑神疑鬼,总觉得可能还有质量很大的粒子可以存在,但产生所需能量远高于现有加速器的能力,因此没被正式发现。偶而在自然界产生,很快就衰变了。既然难得出现,就鲜少与大家交往,有如各处漂浮着若隐若现的鬼魂一样。但有时这些鬼魂并不是因为太重而没被发现,而是真的暗黑。
宇宙中质量加能量的总值,其中只有5%是会发亮的物质
我个人心目中,暗黑的极致首推宇宙中可能存在的暗物质,这是近几年基本科学一个非常热门的研究题材。一方面是它很奇特,另一方面更是因为暗物质的份量,推测比普通物质还多很多。天文学家很早就开始加总宇宙中所有的质量与能量,二十一世纪初,我们得到了非常精确的宇宙背景辐射电磁波图像,进一步提供了关键性的突破。现在我们预期:宇宙中质量加能量的总值,其中只有5%是一般、会发亮的物质,这些就是我们在望远镜中看到的恒星与星际气体。其余都无法看见,27%是暗物质,68%则是暗能量。真难以想像,宇宙还真暗呢!暗物质既黑暗又暗黑,这两个词是不一样的。黑暗是自己不发光,因此我们看不见,而暗黑是光明面不愿与之有牵扯,作用少,也就独来独往。暗物质两者都是。
黑暗的暗物质自然是望远镜无法直接看到的,但科学家的精心观察,还是找到了蛛丝马迹。后发座星系团由约1000个星系所组成,1930年代,天文学家注意到它许多外围的星系,移动速度快得超过想像。同样的情况,后来也在仙女座星系,以及银河系本身外围的恒星上被看到。组成星系的恒星,或者组成星系团的星系,如同太阳系的行星一般,会绕着一个中心作圆形轨道运动。而运动的恒星不会飞走,自然是因为来自星系内其他恒星或黑洞的万有引力,把它拉住。万有引力与距离平方成反比,所以离星系中心位置越远的恒星,引力越小,如此、恒星速度就必须比较慢才能维持在轨道上。然而观察发现,星系内外围恒星的移动速度,却不随距离越远而变小,而几乎维持同一个数值。这些外围伙伴如此快的速度,不是星系内我们看得见的恒星总质量,可以拉得住的。于是天文学家猜测,在星系以及星系团内,还有不会发光,无法看到的物质,提供了额外的万有引力。在1933年第一个提出这样想法的天文学家兹威基(Fritz Zwicky),当时特别强调,这些不发光的物质,应该比可被看见的星系本身,还要重超过十倍百倍呢!大家得记得,宇宙中物质的多数是黑暗的!
你我日常四周,到处应该都是暗物质
这样的想法一开始也没有受到重视,但随着科学进展,证据越来越难以忽视,天文学家也慢慢累积了对暗物质的了解。首先、暗物质不发光,因此不带电,除了万有引力之外,与普通物质的光明界作用微弱,十分暗黑。根据银河系外围恒星的速度精细推算,天文学家相信,星系或星系团的暗物质是以球型均匀分布的,相对的、星系本身常是盘状的。据估计银河系暗物质的分布球,半径可能是银河系本身的10倍以上。所以盘状的星系,基本上是被包在暗物质所组成的一个大球里面。就在你我日常四周,到处应该都是暗物质,我们如同生活在暗物质的海洋里面。