暗物质:黏合宇宙的"胶水"

宇宙中存在着这样一种“看不见的统治者” , 它的名字叫暗物质 。每天可能有几万亿个暗物质以高速穿过你的身体,且未留下任何痕迹,我们完全感受不到 。
美国《科学》杂志2012年选出8大宇宙未解之谜,其中就包括神秘的暗物质 。近日,在美国波士顿结束的美国科学促进会年会上,美国麻省理工物理学家、美国科学院院士丁肇中领导的研究团队对外宣布,阿尔法磁谱仪发现了弱作用重粒子(WIMP)存在的证据,而WIMP就是一种暗物质的候选体 。《人民日报》随之也对这项成果进行了报道 。
天文专家称,揭开暗物质之谜,将是继日心说、万有引力定律、相对论以及量子力学之后,人们认识自然规律的又一次重大飞跃 。
什么是暗物质?在回答这个问题以前,我们先回顾一段有趣的历史 。
自从牛顿发现了万有引力定律以来,人们尝试用万有引力理论来解释太阳系的行星运动规律 。尽管万有引力的解释在开始时是非常成功的,但在解释天王星运动时却无法得到令人满意的结果,天王星的运动规律和万有引力的预言有明显的差异 。
事实上,大约80年前 , 天文学家就意外发现,一些星系团中的星系运动速度比预想中更快 , 光靠所看到的这些发光物质所产生的引力场根本无法束缚住它们 。因此,大家便猜测这些星系团中应该有种看不见的神秘物质 , 也一起贡献着引力,拉住了星系 。而这种物质不发光 , 不发出电磁波,所以看不见,故被称为暗物质 。
暗物质被描述为黏合宇宙万物的“胶水” 。因为物质之间尤其是天体之间的引力无法保持恒星和星系之间聚集,为了使星系之间不致分裂,需要暗物质提供的引力把它们聚集起来 。
【暗物质:黏合宇宙的"胶水"】有意思的是,尽管暗物质在地球上找不到,元素周期表里也没有,但全世界的科学家们都对“暗物质”充满了兴趣,全球有几十个研究小组在捕捉它 。中国也在行动 。2010年12月,中国“锦屏极深地下暗物质实验室”正式挂牌 。“地下”最大的好处就在于可以帮助探测器“挡”去干扰,让其“静心”工作 。
那么,如果丁肇中团队这次发现暗物质意义何在?中科院理论物理研究所研究员李淼认为 , 暗物质的发现将改变人们对宇宙构成的认识 。
“我们整个宇宙的构成分三块:73%的暗能量、23%的暗物质和4%我们已知的物质 , 可以说4%以外的部分大都属于未知 。如果此次暗物质的发现能够得到确认,那么人类对于宇宙的认知无疑向前迈进了一大步 。”李淼说 。
另外 , 暗物质的发现对于天文学家来说也有特殊意义 , 它解决了一个多年的谜题 。李淼表示,通过万有引力定律很难解释一些物理现象,太阳系或者银河系为何能维持现在的状态,光靠可见物质的引力是无法解释的 , 但在暗物质的假设模型里就可以解释 。
李淼表示 , 暗物质与其他物质伴生,有物质的地方就有暗物质,但分布得更广 。比如说,在有恒星、星系的地方一定有暗物质,但暗物质要比这些星系占的空间大许多 , 所以暗物质的质量比星系质量大 。
这一切似乎都在预示着,人类很有可能正处在一个新的物理大发现的前夜 。