“悟空”PK宇宙大魔头

范瑜

在刚刚过去的2017年里，科学界最后的大新闻应该就是“悟空”了：暗物质粒子探测卫星“悟空”工程团队在《自然》杂志上发表论文，宣布“悟空”获得了世界上最精确的高能电子宇宙线能谱。

一般人听到这么大串专业术语，应该是一脸茫然的表情。电子？宇宙？什么高能？怎么就高能了？事实上，能谱就是宇宙中各种速度电子的能量曲线。平时这曲线很平滑稳定，但有时也会“突变”，某一个速度的电子数量增多，这就异常了。通常这种异常非常微弱，很容易被宇宙射线背景信号淹没，但还是被性能杰出的“悟空”探测到了。

问题又来了。为什么要探测异常？因为这种电子能谱异常，很可能是暗物质粒子碰撞湮灭时产生高能电子形成的。而暗物质，正是近百年来科学家们心心念念的神秘存在，是如今科学界最大谜团之一。

所谓暗物质，是相对于我们常说的可见物质、普通物質而言，指宇宙中无法被人类直接看见或者观测到的物质。它不跟光波发生作用，对各种光作用无动于衷。历史上，许多科学界大人物如开尔文、庞加莱，都猜想过“暗物质”的存在，但真正让它浮出水面的，还得归功于爱因斯坦。1915年，爱因斯坦提出广义相对论，推论得到：宇宙物质的平均密度必须达到5×10-30克/立方厘米才能保持稳定。然而，后人观测发现，宇宙物质密度远远小于这个理论值。

怎么会这样呢？1932年，荷兰天文学家扬·奥尔特给出了自己的设想，即银河系中存在大量暗物质；第二年，瑞士天文学家兹威基进一步验证，推算出星系团平均质量与观测亮度相差160倍，因而推导出星系团里绝大部分物质都是看不见的。从此，暗物质作为天文领域的“大魔头”登上历史舞台。

然而，半个多世纪过去，人们对暗物质的研究依然不明朗。上到卫星探测器，下到地下隧道，从中国“悟空”、锦屏地下实验室，到欧洲的大型强子对撞机……科学家们发现了一个又一个“异常星团”，推测出一拨又一拨神秘存在，但对于它们的分布、形成，仍知之甚少。如今，我们只能用四个字来形容暗物质——不明觉厉。

那么，为什么要花那么大力气研究暗物质？其实，它与我们的生存息息相关。科学家观测星系旋转时发现，所有发光物质提供的引力无法抵消系内旋转时的离心力，因此推测，星系里存在着比普通物质多得多的暗物质来提供额外引力，以阻止星系解体。也就是说，没有暗物质，就没有星系，也就没有人类。况且，作为一种全新的、未知的粒子，暗物质很有可能创造前所未有的应用。

目前为止，我们能够确定的是，暗物质占整个宇宙物质成分的26.8%，而普通物质只有4.9%。暗物质的密度很小，但是数量庞大，它的总质量占宇宙总质量的96%。据科学家推测，光是银河系及其外盘，就存在着比银河系半径还大10倍的暗物质。有这样隐形的庞然大物在宇宙中看不见摸不到，科学家的确是心痒难耐。

接下来，“悟空”还有一年半的宇宙探索时间，希望它能用火眼金睛找到更多线索，让我们早日“看”到暗物质。