关于暗物质的研究,当今可以说是一个百花齐放、百家争鸣的时代。即使物理学家还不能确定它究竟是什么,但以往的观测以及标准宇宙学模型理论,都表明需要它的存在。本文将介绍重要的暗物质观测信号,其中关于银河系中心过量伽马射线(GCE)起源的解释,学界分成了两派——学术对决,正酣之际。而关于是否看见了暗物质,你将会自己得到答案。
暗物质研究,噩梦时代还是黄金年代?很多人认为,物理学是研究物质的科学。
如果真是如此,现实多少有些讽刺。自上世纪 30 年代以来,不断出现的天文学和宇宙学观测证据(包括宇宙微波背景辐射、大尺度结构、大爆炸核合成、子弹星系团的引力透镜效应、星系旋转曲线、旋转星系的稳定存在,星系团的稳定存在)表明,我们已知的物质仅占宇宙物质总量的 15%。那么,剩余约 85% 的物质又是什么呢?我们所知不多,只知道它们和我们之间存在引力,运动的速度不该太快,不会发光,也不会吸收光。
因为在茫茫宇宙中黯淡无光,所以瑞士天文学家弗里茨·兹维基将这样的物质称作“暗物质”。不幸的是,“暗”这个字有“黑”的意思,所以很多人将它同黑洞混淆。
然而,知道暗物质的存在并不等于了解暗物质的本质,这就像 19 世纪初,道尔顿提出原子论的时候,我们不能说当时的人们已经了解了原子。了解事物的本质需要一个过程,暗物质也是如此。
我们尚不知道暗物质的质量、自旋,它是否会衰变,是否会和自身相互作用,它的行为到底像一个个的原子,还是麦克斯韦笔下的电磁波,还是微型黑洞……其中大家最想知道的一点是,暗物质和已知物质之间是否存在引力之外的相互作用。从理论角度来看,如果存在这样的联结,在我们搞清楚暗物质之后,还能以它为跳板,进一步挖掘统一已知物质和暗物质的更深层次理论。
从实践角度来看,正是因为相信这种作用一定存在,人们才会不断提出形形色色的暗物质探测方案:在宇宙射线无法穿透的地下实验室“等待”暗物质,用对撞机或加速器“撞出”暗物质,又或是利用望远镜捕捉暗物质“消失”时产生的余晖。