古希腊人有个很好的想法:宇宙很简单。

在他们看来,宇宙的一切都由四种元素组成:土壤、空气、火,还有水。这个美妙的理论继续发展,它既简单,又优雅。它说,只要用不同的方式组合这四种元素,就能得到宇宙中多样的一切。比如说,土壤和火能合成干燥的东西。空气和水能合成湿的。

关于暗物质的新发现(这是你闻所未闻)(1)

但是随着理论发展,问题来了。它的预测里,没有能被测量的东西,而测量是实验科学的基础。更糟的是,这个理论根本不对。不过,希腊伟大的哲学家留基伯,在公元前5世纪,提出了有史以来最久经考验的理论:我们能看到的一切都由一种叫原子的看不见的微粒组成。这个理论简单而优美,而且比起四元素学说,它更有希望被证实。几个世纪的科学思考和实验证实了真实的物质,比如氢、碳、或者铁,都能被分解成原子。留基伯的理论中,原子是物质最小的组成部分,就像氢、碳、或者铁。留基伯理论中唯一的错误,就是原子其实仍然可分。而且人们发现,他的理论只能解释宇宙组成的一小部分。宇宙中看似常见的物质,事实上相当稀少。留基伯的原子,以及它们的组成其实只占了宇宙的5%。

关于暗物质的新发现(这是你闻所未闻)(2)

(古希腊数学家欧几里得的手稿残片)

物理学家知道,宇宙剩下的95%都是暗宇宙,即暗物质和暗能量,我们是怎么知道的?因为如果我们看着什么,我们就会看见什么。看起来很简单,其实非常深奥,所有组成原子的物质都是可见的。它们反射光,从而被我们看见,当我们仰望星空,就能看见星星和星系。其中有一些,和银河系一样,美丽,螺旋状,在宇宙中优雅地旋转。

关于暗物质的新发现(这是你闻所未闻)(3)

(宇宙大部分质量为暗物质和暗能量,我们可见的只是极少一部分,图为鹰状星云,又名创生之柱)

科学家在20世纪30年代第一次测量了星系群的运动和它们包含物质的重量,他们非常惊讶,他们发现没有足够的可见物质来让物质聚在一起。而后对各个星系的单独测量也证实了这个令人困惑的结果:星系中没有足够的可见物质来产生足够支持它们的引力。在我们看来,它们会飞散开,可是它们没有,所以一定有什么物质是我们看不见的,我们叫它们:暗物质。

关于暗物质的新发现(这是你闻所未闻)(4)

(所有的星系都在远离我们,在光谱上呈现红色,称之为红移)

如今,暗物质存在的最佳证明是测量一种叫“宇宙微波背景辐射”的余辉,产生于宇宙大爆炸中,那又是另一个故事了。我们所有的证据都表明了暗物质存在,并且是布满天穹的美丽星系的主要成分,所以我们要怎样呢?我们早就知道地心说是错的,我们生活的星球,其实相当普通,它的恒星也很普通,位于一个普通星系的旋臂中。发现暗物质使我们又揭开了物质的一层面纱,我们发现,组成我们的物质只是宇宙极小的一部分,剩下的还有很多。

关于暗物质的新发现(这是你闻所未闻)(5)

本世纪初,科学家研究了宇宙的外围并证实,所有东西都在互相远离。想想开天辟地的大爆炸这并不令人意外,而且,宇宙膨胀的速度似乎也在加快,这是怎么回事?要么有一种能量推动了这种加速,就像你让汽车加速一样;要么就是引力的作用,这和我们想的不完全一样。大多数科学家相信前者,即有一种能量,推动了加速,他们叫它:暗能量。当下最先进的测量方法使我们能够算出宇宙中暗部分有多大。看起来,暗能量组成了宇宙的68%,暗物质则占27%。我们,和我们能看见的只有5%。

关于暗物质的新发现(这是你闻所未闻)(6)

(哈勃望远镜拍摄,有缺失)

那暗物质和暗能量的组成是什么?我们不知道,但有一个叫“超对称”的理论可以解释其中的一部分。超对称简称SUSY(supersymmetry),预测了很多新粒子,其中的一些也许可以组成暗物质。如果能证明SUSY,我们就能从理解宇宙的5%,也就是我们能看见的东西,到理解大约三分之一。

关于暗物质的新发现(这是你闻所未闻)(7)

(大型强子对撞机)

理解暗能量也许会更难,但也有一些投机理论也许能指出一些道路,其中一些理论能追溯到古希腊人最早的伟大想法,就是我们几分钟前讲过的宇宙一定很简单的想法,些理论预言,宇宙的多样全都来自一个元素,也就是“弦 ”。我们知道的一切微粒都是弦的不同谐波,不幸的是,弦论至今都无法被证明。不过,可以探索的宇宙如此广袤,风险很高,这一切是否让你觉得自己很渺小?不用这样,相反,你应该惊叹我们已经发现的一切,你是宇宙中能思考自己这个神奇而唯一的物种中的一员,而且你生逢其时,能看到我们正在探索。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. Tianshu Wang- Gabriella Hu-觀漢居士

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