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Jan. 19 2015

隱形的宇宙

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  • 隱形的宇宙

所有真實存在的東西當中,我們能夠看見的只占極小的一部分。為了一窺我們周圍這個隱形的宇宙,科學家正嘗試探測我們無法看見的其他東西:暗物質與暗能量。

 

撰文:提摩西.費里斯 Timothy Ferris

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攝影:羅伯特.克拉克 Robert Clark

 

從前人們常說,宇宙學家,也就是研究宇宙整體的科學家,「經常出錯,卻從不疑惑」。

 

現在他們較不常出錯了,但疑惑卻愈滾愈大。運用更新更好的望遠鏡、光偵測器和電腦進行了數十年的研究之後,宇宙學家現在已經可以帶點把握地說,宇宙是138.2億年前誕生的,最初應該是一顆比原子還要小的氣泡。他們首度以超過0.001的準確度繪製出宇宙的背景輻射――也就是宇宙只有37萬8000歲時釋放出來的光。

 

但他們也得到這樣的結論:天空中可見的所有恆星及星系,只占了整個可觀察宇宙的5%。看不見的那一大部分則是27%的暗物質與68%的暗能量。兩者都是謎團。組成宇宙宏觀架構的是星系,而一般認為,有著發光的圓盤與旋臂的星系是由暗物質塑造出來的――但卻沒有人知道暗物質是什麼。暗能量就更神祕了。科學家造了這個詞,用以代表加快宇宙膨脹速度的不知什麼東西。有人說:「宇宙中任何我們不了解的巨觀特性,都統稱為暗能量。」

 

因此,今日的宇宙學者發現自己陷入了與當年的美國總統傑佛遜相似的無知中。1804年,傑佛遜曾叮囑探險家路易斯與克拉克要小心長毛象。傑佛遜和他那個時代的人只知道,從密西西比河到太平洋之間的北美洲很大、很重要,但他們對於可能生存在那裡的生物卻只有隱約的概念。

 

最早對暗物質無所不在的概念產生初步想法的,是瑞士天文學家弗里茨.茨威基。1930年代,在南加州的威爾遜山天文台工作時,茨威基測量了距離地球3億2100萬光年的后髮座星系團中的星系繞著星系團中心旋轉的速度。根據他的計算,除非這個星系團含有的物質遠遠多於可見之物,否則這些星系應該早就被拋到太空裡去了。他因此推測,后髮座星系團能夠存在數十億年,只有一種可能:「宇宙中存在的暗物質密度遠高於可見物質。」後來的研究顯示,若不是暗物質產生的重力在宇宙還很年輕的時候將初生的物質聚集在一起,星系根本不會形成。

 

暗物質不可能只是不容易看到的普通物質,因為普通物質的量沒有那麼大。宇宙中確實有數以兆計由普通物質構成並且較為黯淡無光的物體――包括黑洞、矮星、冷氣體雲、從誕生地被拋擲出來的流浪行星――但是在任何可能為真的狀況下,它們加起來的總質量都不會是發光物質的五倍。因此科學家認為,暗物質一定是更不尋常的東西。研究「超對稱量子物理學」的理論學者想出了各式各樣未曾觀察到的物質形態,其中也許有一種(或多種)最後會被證明是暗物質。但歐洲核物理研究中心(CERN)位於瑞士日內瓦的大型強子對撞機最近得到的實驗結果已排除了幾種超對稱理論的可能。一位理論家說,他們的心情「頗為沉重」。與其臆測暗物質的確切身分,尋找暗物質的大部分科學家只會說他們在尋找「大質量弱作用粒子」(簡稱WIMP)。

 

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