暗物質：隱藏的物質使科學家深感頭疼

到了19世紀末，“發光的以太”理論導致了無數的科學的誤解而壽終正寢。今天另外一種神秘物質使天文學家感到費解，而這還在繼續著。事實上在這幾十年裏已經成為宇宙學的前沿，它就是“暗物質”，它已經被宇宙學家廣泛接受，認為宇宙的大部分是由它組成的。

加裏福裏亞愛爾文大學的天文學家Trimble說：“我們知道它的「存在」已經有十五年了，但是我們不知道它到底在那裏。”

天文學家怎麼能那麼肯定我們從來沒有看到過的東西呢？答案來自我們觀察到的星球和星系的運動，科學家研究這些運動已經超過50年了。如果只有看得到的物質的引力作用，那麼在旋渦星系裏的單個的恒星和氣體塵埃雲在軌道上運行速度比他們應該運行的速度還要快。同樣的，對於星系群：單個的星系的運動不能被我們能看見物質的引力來解釋。

為了解釋這些觀察到的現象，天文學家推斷星系是被大量的不同的和不可見的物質的“暈”環繞。

這兒說的“暗物質”對我們來說是不可見的，因為她不發射能量。但是它是“物質”，也就是意味著它能提供引力和使星系和星系群“合”在一起不散開的力量。不過這在稀奇古怪的宇宙學裏面，也是奇怪的一個“想法”。

盡管天文學家不能直接看到暗物質，但是他們可以觀測星系群的引力透鏡效應。那些星系群的引力使得從比它遠的星系射過來的光彎曲，就象是一個光學透鏡。用計算機來分析這些效應，天文學家已經確定了這些星系的質量。而且再一次發現暗物質是大量存在的。

事實上天文學家相信在宇宙中暗物質是如此之多，他比通常所說的物質多的多，比例可能達到10:1.

天文學家說，如果你能看到暗物質，大部分的星系，包括我們的銀河系在望遠鏡中看到將是比現在的大10倍。所有的我們在熟悉的宇宙中的居民，如恒心，星系，行星和塵埃雲將只是宇宙中的很小的一部分。

而且，暗物質是無處不在而又是難於察覺的。在地球上，暗物質可能正從我們旁邊穿過，或者直接穿過我們身體，但是我們覺測不到它。可能部分原因是由於暗物質很少和一般的物質相互作用。暗物質的分布也比一般的物質要廣泛的多。Trimble說：“比較一下我們熟悉的物質，暗物質真是無法想象的廣泛地散布在宇宙中。”

下一步是：暗物質到底是象什麼東西？

至少科學家想盡一切辦法測試暗物質都失敗了。直到現在，他們只能在理論上得出暗物質大概的情況，但是最有可能的是有一種（或幾種）亞原子粒子。

最有可能的是相互作用非常微弱的有質量粒子（WIMPs),成千上萬種的亞原子的任何一種都是在宇宙的極早期在非常高的溫度下形成的。他們還有可能是可以叫作：光子，引力子，磁單極和軸子。

還有一種大家很久以來都知道的非常有名的中微子，也是唯一被檢測出來的“暗物質”的可能粒子，盡管只是總的暗物質的很小的一部分。

最後，一些暗物質也許組成了大家很熟悉的物體如白矮星，孤獨的流浪星球，和另外的正常的物體。但是科學家相信那些也僅僅占暗物質很小的一部分。

Trimble說：“任何一個科學家都會告訴你任何一個話題，理論學家和觀測者有更多的工作要做。”她說：“對於天文學家也就要更好地觀測比如非常高能量的伽瑪射線和非常高能量的宇宙射線。”。當暗物質在銀河系裏和通常的物質碰撞的時候就產生這些射線。探測這些射線的儀器設備已經在世界的許多地方的地底下展開，包括在新墨西哥和南極冰蓋下面。

Chris Impey相信科學家將會在探測“暗物質粒子”上取得決定性的成果，盡管現在還沒有發現任何東西。

“我們相信在兩到四年的時間內，科學家要麼發現的暗物質，要麼他們將縮小那些認為可能是”暗物質的可能粒子的範圍。我們將找出到底發生了什麼。不管天文學家做了什麼，這些進展將在物理探測的科學前沿發生。

Impey 說:“盡管如此，理論物理學家將還是對那些假設有暗物質的星系的觀測結果充滿著疑惑”, “每一個象銀河系這樣的大質量星系的中心部分的模擬預示著“暗物質必定是組成了一個集中的中心地帶”Impey 說:“但是那不是我門現在觀察到的情況， 因此還是存在這樣那樣的問題不能消除”。

然而天文學家看起來將不介意所有的這些不確定的問題,Impey說:"當我進行觀察的時候，我就做好了被“震驚”的準備。我們不總是能有答案，或有得到答案的可能。"


發稿：2002年1月21日    更新：2002年1月22日