本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
作者:勵生
為了證實暗物質的存在性,科學家提出,先找到構成暗物質的基本粒子,如果我們能夠發現是哪一種粒子構成暗物質,那麼對於證實暗物質的存在會有很大的幫助。
而目前,對於構成暗物質的基本粒子是什麼?還存在爭議,但安娜堡分校的天體物理學家班傑明·薩夫迪則認為,惰性中微子或許是這種粒子,而且,他還曾公開表示,惰性中微子或將終結關於討論暗物質構成粒子的爭議。
這番豪言說出去以後,竟然獲得了萊頓大學的天體粒子理論家阿列克謝·博亞爾斯基的認可,因為這個小插曲,竟然讓兩人惺惺相惜,引為好友。本以為,這兩位科學家會為世人帶來關於暗物質的好消息,但沒想到的是,這兩人竟然因為暗物質而再起爭端。
說起爭執的起源,是因為薩夫迪及其團隊在《科學》雜誌上發表了一篇關於天文觀測的研究分析,其中所提到的內容似乎是推翻了過去自己的定論(認為惰性中微子是暗物質構成的基本粒子),這種態度的轉變讓博亞爾斯基有些措手不及,原本認為兩人是要一起去尋找暗物質的,結果這位好友(薩夫迪)竟然中途改變主意。
而博亞爾斯基為了堅持己見,也撰寫了一篇文章,其中提到了薩夫迪所發表的天文觀測文章存在一些漏洞,原本,博亞爾斯基是想讓更多的人意識到薩夫迪的錯誤,但沒想到,他所投出去的稿子竟然被退了回來,原因竟然是不夠有趣。博亞爾斯基並沒有因此氣餒,他將這篇文章再次投給《科學》雜誌,期望能夠獲得認可,但目前仍沒有回音。
在這一場爭論中,博亞爾斯基和薩夫迪雖然沒有分出誰對誰錯,但其實,不僅僅是這兩位科學家,從暗物質被提出到現在,有很多科學家都因此發生爭議,最終都不了了之,原因都是因為對於暗物質的了解不過全面。
聰明的科學家都難以理解這種物質,那麼,作為普通人的我們對於這種物質,可能更疑惑。那麼暗物質究竟是什麼呢?
從字面上的意思來講,暗物質就是一種存在於宇宙中,但又不可見的物質,而且們這種物質據說還是宇宙的主要組成部分,如果把宇宙的物質質量總和製作成一個數據圖,那麼,宇宙中可見的物質,也就是我們在地球所看到的一切,包括地球、太陽以及宇宙中所有天體,都只不過是宇宙全部物質質量總和的10-15%,換句話說,暗物質才是我們最應該探索研究的方向,我們只有發現了它們,才算是真的探索宇宙。
暗物質是否真的存在呢?
其實,關於暗物質的存在,很多科學家都是贊同的,因為,他們在通過研究各星系的時候,會發現它們的總質量根本不能支撐它們在高速旋轉的時候保持星系的穩定性,所以,科學家認為,在宇宙中、在每個星系中都有看不見的暗物質在支撐著星系進行高速旋轉運動。
不過,由於暗物質是看不見的,所以,要想發現它們,還需要一些手段。上文提到的發現暗物質基本粒子是一種證實暗物質存在的方法,但除了這種方式以外,暗物質也可以通過精密的實驗儀器找到,目前,在科學界中,探測暗物質共有3種手段。
第一種是直接探測,也就是探測暗物質粒子和探測器中的物質的相互作用,只要暗物質是由微觀粒子組成,那麼當它們穿過地球的時候,就很有可能會撞擊到實驗儀器中的原子核,我們只要看看這原子核的變化,就能了解到暗物質是否存在。
第二種是間接探測,這種方式是放棄主動尋找暗物質,而是進而轉向發現那些由暗物質衰變或湮滅的常規基本粒子,如果,我們發現到這些粒子,也能證明暗物質是存在的。例如,科學家會尋找伽馬射線、正負電子、中微子等粒子。
最後一種是對撞機探測,這種探測方式和上面兩種探測方式有很大不同,前兩種主要是尋找暗物質,而這種探測方式則是產生暗物質,科學家認為,在高能粒子的對撞實驗中,可能會產生出暗物質,如果,在對撞試驗中發現有粒子能量減少,但又發現不出它們去哪兒了,就可以說明是產生了暗物質。
目前,這三種方式有時會疊加使用,這樣可以增強探測暗物質的準確性和真實性,但是,想要發現暗物質,並非易事,還要耐心等候才行。