暗物質(zhì)盡管特殊,，但也會(huì)像普通物質(zhì)一樣產(chǎn)生引力。

“修茲勞透鏡”星系（Huchra‘s Lenses）的引力導(dǎo)致類星體“愛因斯坦十字”（Einstein Cross）發(fā)出的光線在周圍發(fā)生彎曲。

遙遠(yuǎn)星系的質(zhì)量并不比地球鄰近星系更大,。

新浪科技訊北京時(shí)間6月4日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，暗物質(zhì)是塑造宇宙的“看不見的手”,。它決定了哪里會(huì)形成星系,、哪里不會(huì)形成星系。暗物質(zhì)的引力將恒星串成星系,，又將星系串成星系團(tuán),。星系合并時(shí)，暗物質(zhì)也在其中發(fā)揮著作用,，影響最終的合并結(jié)果,。但暗物質(zhì)究竟為何物？目前還無人知曉,。

我們對(duì)暗物質(zhì)的了解大概有以下幾條,。一：暗物質(zhì)很多，數(shù)量約為“普通物質(zhì)”的五倍,；二：它們不會(huì)釋放,、反射或吸收光線，但可產(chǎn)生引力,，因此對(duì)星系的演化至關(guān)重要,；三：暗物質(zhì)很穩(wěn)定，自宇宙誕生的138億年來,，暗物質(zhì)始終不曾衰變成其它物質(zhì),。即便有也可忽略不計(jì)。事實(shí)上,，即使在億億萬年之后,，暗物質(zhì)仍將長(zhǎng)盛不衰，甚至可能永遠(yuǎn)不變,。

理論物理學(xué)家對(duì)暗物質(zhì)的研究主要以上述三條原則為基礎(chǔ),。但如果第三點(diǎn)關(guān)于暗物質(zhì)穩(wěn)定性的理論說錯(cuò)了呢？這便是一套名為“動(dòng)態(tài)暗物質(zhì)”（Dynamical Dark Matter）的新理論背后的理念,。該理論最先由亞利桑那大學(xué)物理學(xué)家凱斯·迪耶納斯（Keith Dienes）與拉法耶特學(xué)院理論學(xué)家布魯克斯·托馬斯（Brooks Thomas）共同提出,。雖然該理論在暗物質(zhì)物理界尚處于邊緣位置，但越來越多的人開始被這一學(xué)說吸引,，也開始有粒子物理學(xué)家,、天體物理學(xué)家加入合作研究陣營(yíng)。

暗物質(zhì)領(lǐng)域也的確需要一些新想法,。雖然一個(gè)多世紀(jì)以來,，天文學(xué)家不斷在宇宙各處發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的痕跡，但始終未能找到任何暗物質(zhì)粒子,。原因并不是缺乏嘗試,?？茖W(xué)家們?cè)囘^用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）等儀器粉碎粒子，在粒子碎片中尋找暗物質(zhì)的跡象,。他們也試過將鍺晶體,、液氙和液氬埋在地下深處（比山脈和古老的金礦還要深），尋找與原子核發(fā)生碰撞的暗物質(zhì)粒子,。結(jié)果均一無所獲,，沒有取得任何物理學(xué)家一致認(rèn)同的成果。

與此同時(shí),，暗物質(zhì)的天體物理學(xué)證據(jù)不斷累積,。宇宙中有一種神秘現(xiàn)象：物理學(xué)家計(jì)算了恒星在星系中的旋轉(zhuǎn)速度后，發(fā)現(xiàn)星系邊緣恒星的公轉(zhuǎn)速度竟然和內(nèi)部恒星差不多,。但根據(jù)我們對(duì)引力的了解,，外圍恒星的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)該慢得多才對(duì),，除非有某種看不見的力拉著它們前進(jìn),。另外，星系團(tuán)中的星系運(yùn)動(dòng)極為活躍,，按理說應(yīng)當(dāng)早已分崩離析,，除非有某種看不見的力將它們維系在一起。注意到共同點(diǎn)了嗎,？宇宙微波背景輻射是幫助我們了解宇宙誕生初期的最有效工具,，而就連這其中也有只能用暗物質(zhì)才能解釋的特征。既然暗物質(zhì)無處不在,，為何我們就是找不到它呢,？

一些研究人員開始懷疑自己找錯(cuò)了方向。大多數(shù)暗物質(zhì)探測(cè)器都是為尋找假想中的WIMPs粒子（即弱相互作用大質(zhì)量粒子）設(shè)計(jì)的,。WIMPs粒子似乎是很合適的暗物質(zhì)“候選者”,，因?yàn)樗梢杂蓸?biāo)準(zhǔn)模型之外的超對(duì)稱理論模型（supersymmetry）自然導(dǎo)出。該理論認(rèn)為,，所有基本亞原子粒子都有一顆尚未被發(fā)現(xiàn)的“伴粒子”,。

物理學(xué)家在研究這些假想粒子的特性時(shí)，注意到其中一種粒子極其符合暗物質(zhì)的假設(shè),。它可以通過引力和弱力（只有當(dāng)粒子間距小于質(zhì)子直徑時(shí)才會(huì)發(fā)生）與其它粒子發(fā)生相互作用,。另外，該粒子十分穩(wěn)定,，數(shù)量也符合宇宙正常演化的需求,。

夏威夷大學(xué)物理學(xué)家杰森·庫(kù)馬爾（Jason Kumar）指出，WIMPs粒子“頗負(fù)美感”,，擁有物理學(xué)家熱愛的一切特征：簡(jiǎn)單,，對(duì)稱,，優(yōu)雅。但庫(kù)馬爾稱：“很難將這些理論模型與我們觀測(cè)到的數(shù)據(jù)相匹配,?！边@并不意味著WIMPs模型是錯(cuò)誤的，但這的確引發(fā)了研究人員對(duì)一些十年前可能一笑了之的理論進(jìn)行反思,?！鞍滴镔|(zhì)并不穩(wěn)定”就是其中之一。

不穩(wěn)定的影響

迪耶納斯和托馬斯剛剛提出“動(dòng)態(tài)暗物質(zhì)”理論時(shí),，才剛接觸暗物質(zhì)不久,。由于剛剛?cè)胄校瑑扇藙傞_始根本沒擔(dān)心過穩(wěn)定性的問題,。他們想共同定義一種新型暗物質(zhì),。他們首先想到，暗物質(zhì)會(huì)不會(huì)不止一種粒子,、而是由多種不同粒子構(gòu)成,？其次，這些粒子是否可能衰變,？有的可能短短幾秒便會(huì)消失,，有的則可存在數(shù)萬億年之久。關(guān)鍵在于,，各類粒子的數(shù)量要?jiǎng)偤闷胶?，才能讓大部分暗物質(zhì)存留到今天。

迪耶納斯和托馬斯將這一新理論框架命名為“動(dòng)態(tài)暗物質(zhì)”,，并開始在學(xué)術(shù)會(huì)議上分享這一觀點(diǎn),。但按照迪耶納斯的說法，該理論遭遇了“大量質(zhì)疑”,。

“人們一直在問穩(wěn)定性的問題,。”迪耶納斯回憶道,，“但我們并未按照傳統(tǒng)方式思考這一點(diǎn),。”

物理學(xué)家又為何如此確定暗物質(zhì)是穩(wěn)定的呢,？天文學(xué)家通過觀察數(shù)十億光年外的星系了解到,，這些古老星系中的暗物質(zhì)重量并不亞于年紀(jì)輕輕的鄰近星系，至少差距沒有大到能測(cè)量出的程度,。此外,，假如暗物質(zhì)衰變?yōu)橘|(zhì)量更輕、可探測(cè)到的粒子,，這些粒子便會(huì)攜帶大量能量在宇宙中四處穿行,。若真是如此,，我們從地球上應(yīng)當(dāng)能探測(cè)到它們才對(duì)。并且,，如果暗物質(zhì)衰變發(fā)生在宇宙誕生初期,，便會(huì)干擾元素的形成，改變宇宙中的化學(xué)環(huán)境,。

“動(dòng)態(tài)暗物質(zhì)”模型可通過平衡解決穩(wěn)定性的問題,。如果大部分暗物質(zhì)都以穩(wěn)定粒子的形式存在，壽命比宇宙還要長(zhǎng),，則也許還有少量暗物質(zhì)屬于迅速衰變的粒子,。“這是壽命與數(shù)量之間的平衡問題,，”迪耶納斯表示,，“這樣的平衡也許能取代單純的‘穩(wěn)定說’，成為暗物質(zhì)的新基本原則,?！?/p>

這種解釋乍一看似乎有些牽強(qiáng)附會(huì)。事情怎么就能這么巧,？但迪耶納斯,、托馬斯和合作研究人員找到了幾種情境,，恰好能生成合適的粒子組合,。“我們發(fā)現(xiàn),，有多種有趣的方式可產(chǎn)生這一結(jié)果,。”托馬斯表示,。動(dòng)態(tài)暗物質(zhì)理論對(duì)暗物質(zhì)粒子的組成和形成方式持“不可知論”態(tài)度,，“暗物質(zhì)不是只有一種模型、僅由一種粒子構(gòu)成,。我們的理論提供了一套思考暗物質(zhì)本質(zhì)的全新框架,。”

除動(dòng)態(tài)暗物質(zhì)理論外,，還有越來越多的“多成分”暗物質(zhì)模型支持多粒子假說,。“動(dòng)態(tài)暗物質(zhì)理論的關(guān)鍵區(qū)別在于,，它并不是隨機(jī)地選擇幾種粒子,，而是設(shè)計(jì)了一些描述其特性的限制參數(shù)?！睅?kù)馬爾解釋道,。

暗物質(zhì)會(huì)減少,？

如今，宇宙中約85%的“物質(zhì)”由暗物質(zhì)構(gòu)成,，其質(zhì)量約為普通物質(zhì)的五倍,。但假如動(dòng)態(tài)暗物質(zhì)框架正確，暗物質(zhì)總有一天會(huì)徹底消失,。這一過程剛開始時(shí)非常緩慢,，但等到大量暗物質(zhì)“過期”后，消失速度便會(huì)大大加快,，終有一日會(huì)徹底滅絕,。

但這一切要過很久、很久才會(huì)發(fā)生,。一直到宇宙中另一種神秘力量——暗能量將宇宙徹底撕碎,、化為虛無之后很長(zhǎng)時(shí)間，暗物質(zhì)才會(huì)徹底消亡,。但有人可能要問：如果宇宙中少了一丁點(diǎn)暗物質(zhì),，又有誰會(huì)在乎呢？

尋找暗物質(zhì)粒子的科學(xué)家們?cè)诤酢?/p>

這是因?yàn)閯?dòng)態(tài)暗物質(zhì)粒子在暗物質(zhì)探測(cè)器中留下的痕跡將比WIMPs粒子更為復(fù)雜,。如果說WIMPs粒子只是在普通粒子間簡(jiǎn)單地“跳來跳去”,，那么動(dòng)態(tài)暗物質(zhì)粒子（或其它成分復(fù)雜的暗物質(zhì)）則像是在粒子間“打群架”?！叭绻挥幸环N暗物質(zhì)粒子,，便只會(huì)形成一種特定的反沖譜‘形狀’，”迪耶納斯解釋探測(cè)器讀數(shù)時(shí)說道,，“而如果反沖譜形狀十分復(fù)雜,，就說明暗物質(zhì)可能由多種成分構(gòu)成，比方說動(dòng)態(tài)暗物質(zhì),?！?/p>

粒子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)也能將動(dòng)態(tài)暗物質(zhì)與WIMPs粒子區(qū)分開來?！皠?dòng)態(tài)暗物質(zhì)產(chǎn)生的譜線非常豐富,，其中有些和傳統(tǒng)理念中的暗物質(zhì)區(qū)別巨大?！眮喞Ｄ侵萘⒋髮W(xué)物理學(xué)家蘇淑芳解釋道,。蘇淑芳正與迪耶納斯和托馬斯合作，試圖預(yù)測(cè)出動(dòng)態(tài)暗物質(zhì)會(huì)在粒子對(duì)撞機(jī)收集的數(shù)據(jù)中留下哪些痕跡,。

蘇淑芳被“暗物質(zhì)可能由多種粒子構(gòu)成”的理論深深吸引,，開始研究動(dòng)態(tài)暗物質(zhì)模型。如果真是這樣,，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)生成的粒子碎片應(yīng)當(dāng)會(huì)呈現(xiàn)出一種非常獨(dú)特的痕跡,?！斑@種變化會(huì)非常明顯，與只有一種暗物質(zhì)粒子的情況截然不同,?！碧K淑芳指出，“如果一種暗物質(zhì)粒子只產(chǎn)生單峰,，動(dòng)態(tài)暗物質(zhì)便會(huì)生成多峰,、甚至其它奇異特征?！?/p>

此外還有衰變問題,。構(gòu)成動(dòng)態(tài)暗物質(zhì)的各類粒子壽命不同。有的幾乎剛剛誕生便會(huì)發(fā)生衰變,，有的則能維持一段時(shí)間,、在探測(cè)器中穿行一定長(zhǎng)度，有的則可完全逃離探測(cè)器,?！熬退闼プ兒笕詾榘滴镔|(zhì)，也會(huì)呈現(xiàn)出全然不同的特征,?！碧K淑芳表示。

蘇淑芳正在思索如何用地球上的對(duì)撞機(jī)探測(cè)動(dòng)態(tài)暗物質(zhì),，庫(kù)馬爾則在思考該模型是否能解釋困擾天文學(xué)家的另一難題,，即太空中的高能正電子過剩現(xiàn)象,。暗物質(zhì)研究人員提出,，這些正電子也許是在WIMPs粒子相撞,、湮滅的過程中產(chǎn)生的,。庫(kù)馬爾表示，問題在于,，這一過程產(chǎn)生的正電子能量存在上限,，過了這個(gè)分界點(diǎn)之后，便應(yīng)當(dāng)會(huì)停止產(chǎn)生正電子,。但天文學(xué)家目前仍未找到這一分界點(diǎn),。而動(dòng)態(tài)暗物質(zhì)產(chǎn)生的正電子能量水平則可能剛好與天文學(xué)家的觀測(cè)結(jié)果相符。

當(dāng)然,，動(dòng)態(tài)暗物質(zhì)只是WIMPs粒子的眾多替代理論之一,。此外還有SIMPs粒子（強(qiáng)相互作用大質(zhì)量粒子）、RAMBOs（大質(zhì)量重子天體強(qiáng)關(guān)聯(lián)星團(tuán)）,、軸子（axions）,、六夸克（sexaquarks）等等,。在物理學(xué)家明確探測(cè)到暗物質(zhì)之前，理論學(xué)家還有很多奇思妙想的空間,。

“我們只想說,，動(dòng)態(tài)暗物質(zhì)是一套很有趣的模型，并不是說一定比別的模型好,?！钡弦{斯表示，“這一領(lǐng)域仍有很多可能性,，而數(shù)據(jù)終將告訴我們真相,。”（葉子）

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