看不見的物質(zhì)？檢測不到的特征？指向新的可能！

誰說重子物質(zhì)可以享受創(chuàng)造生命的所有樂趣呢？

我們宇宙中絕大多數(shù)的質(zhì)量是不可見的，一段時間以來，物理學家一直都在非常努力地理解這些難以捉摸的“東西”究竟是什么。

假設為某種粒子，有人希望大型強子碰撞機可能會產(chǎn)生暗物質(zhì)粒子，或者說太空望遠鏡可能會探測到暗物質(zhì)粒子碰撞出明顯的伽馬射線探測特征。但到目前為止，兩者之間的按時并不多見；這迫使理論物理學家想出新的想法。?

重子物質(zhì)

《鸚鵡螺》雜志在2017年的一篇專欄文章中，著名的理論物理學家Lisa Randall深入研究了暗物質(zhì)的一種更極端的可能性。與其將暗物質(zhì)看作一種粒子，不如把它看作是由整個粒子家族組成，它們會產(chǎn)生暗恒星、暗星系、暗行星，甚至還有暗生命？這個暗宇宙的化學反應可能和我們的“普通化學”一樣豐富多樣。

但這個時候還不要因為與這些“黑暗外星人”的密切接觸而感到興奮。

宇宙有暗物質(zhì)嗎？如果有，那會是什么？

暗物質(zhì)問題

我們的宇宙是一個美妙而又混亂的地方。

在過去的幾十年里，我們已經(jīng)認識到84.5%的宇宙物質(zhì)是無形的。鑒于這個相當尷尬的綽號“暗物質(zhì)”，所以這種材料以一種不與“普通”物質(zhì)相互作用的狀態(tài)存在。就像“暗能量”一樣，這些東西是“暗的”，因為我們不明白它們是什么。

如果我的桌子上有一塊暗物質(zhì)，我無法知道它在那里。事實上，暗物質(zhì)塊根本不能“坐在”我的桌子上。它會穿過桌子和地板，墜入地殼，加速向地球核心的引力井前進?；蛘咚赡軙恢挥X地飛升到太空中。暗物質(zhì)的相互作用非常弱，以至于團塊會穿過所有普通物質(zhì)，就好像它不在那里一樣。

在小尺度上，暗物質(zhì)的引力效應是微不足道的，但在宇宙距離上，暗物質(zhì)的存在是絕對可以感覺到的——它可以從它對星系團的引力影響及其對星系自旋的影響中間接觀察到。所以我們知道它就在那里，只是我們看不見。

盡管有理論存在，我們依舊不知道“它”是什么。

普通物質(zhì)——又名重子物質(zhì)——通過電磁力、引力、弱核力和強核力相互作用。這些力傳遞能量并提供所有物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。另一方面，暗物質(zhì)通常被視為是一種無定形的“物質(zhì)”云，不能通過電磁力、弱力或強力相互作用。因此假定暗物質(zhì)是“非重子物質(zhì)”。(盡管有一些理論暗示了暗物質(zhì)的重子來源——特別是MACHO或大量致密的光暈物體。只有當足夠多的非重子物質(zhì)聚集在一起時，才能觀察到非重子物質(zhì)的引力效應。)

暗物質(zhì)搜索中的主要候選者是WIMP，這是弱相互作用大質(zhì)量粒子的縮寫。顧名思義，這個假設的粒子并不與正常物質(zhì)相互作用—因此它是一個非重子粒子。

建立的宇宙學模型預測暗物質(zhì)-不管是WIMPs還是其他形式的“軸”—給我們的宇宙結(jié)構(gòu)，并且通常被過度簡化為將我們的宇宙凝聚在一起的“膠水”。暗物質(zhì)就像一張膨脹的三維網(wǎng)，影響著星系的演化。就像一根弦上的珠子一樣，這些暗物質(zhì)團引力將普通物質(zhì)聚集成星系團，星系團之間有巨大的空洞。

天文學家Vera Rubin在觀測星系的自旋時，首先指出星系中的大部分物質(zhì)是無法看到的。只有一小部分是可見的恒星氣體和塵埃,其余的是在一個大而無形的暗物質(zhì)光暈中自旋。就好像我們可見的普通物質(zhì)星系只是一個巨大的暗物質(zhì)輪轂，它遠遠超出了我們所能看到的范圍。

在Randall和她的團隊于2013年發(fā)表的研究中，探索了一個更復雜的暗物質(zhì)視圖，并將其應用于我們可見星系所嵌入的這個巨大的“暗星系”。從這個視圖來看，我們銀河系的暗物質(zhì)光暈并不只是由一種非重子物質(zhì)的無定形物質(zhì)組成的。

Randall在她的專欄文章中寫道“假設所有的暗物質(zhì)都只由一種粒子組成，這似乎很奇怪......一個沒有偏見的科學家不應該假設暗物質(zhì)不像普通物質(zhì)那么有趣而且必然缺乏與我們類似的物質(zhì)多樣性。

一個豐富的"影子宇宙"？

正如我們可見的宇宙是由物理學的標準模型——一個經(jīng)過充分測試的粒子家族（包括著名的希格斯玻色子）所控制的一樣，是否迫使一個豐富多樣的暗物質(zhì)粒子和暗力模型在這個黑暗的銀河光環(huán)中運作？ 這項研究遵循了假設黑暗領域有各種各樣的未知物理學的邏輯路徑，是否有一個宇宙——讓我們稱之為"影子宇宙"——與我們自己的宇宙平行存在，并擁有我們可見的宇宙所提供的所有復雜性？天體物理學家過去曾假設，"暗星"——由暗物質(zhì)構(gòu)成的恒星——可能存在于我們原始的宇宙中，并可能一直持續(xù)到今天。

蘭德爾認為，如果是這樣的話，也許"黑暗星球"也可能已經(jīng)形成。然后，她更進一步地提出這個想法：如果有一個暗物質(zhì)粒子家族，由黑暗區(qū)只能接觸到的力量控制，這個領域還會有復雜的化學成分嗎？如果是這樣，可能會有生命嗎？ 然而，如果有"影子生命"與宇宙平行，你可以忘記任何探測它的希望。 "你不知道暗物質(zhì)生活會有多可愛——你幾乎肯定永遠不會。

理論物理學家Lisa Randall，在《鸚鵡螺》中寫道。

影子宇宙

黑暗生物是否存在？引力波檢測的障礙，暗物質(zhì)或許比你想象的復雜

影子的生活將留在暗影中

用這一假說來解釋日常的奧秘，甚至是科學無法證實的超自然主張，可能是很有誘惑力的。假如 “鬼怪”或者令人費解的“天光”是在我們的領域中產(chǎn)生的黑暗生物呢?

即使這可能成為一個有趣的科幻故事情節(jié)，但黑暗生物生活在與普通物質(zhì)完全不相容的影子宇宙中。它們的粒子和力不會對我們的宇宙產(chǎn)生任何影響。我可能會在黑暗物質(zhì)雨林深處輸入這篇文章，我可能會在一個充滿了生物的，咆哮的黑暗物質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)的黑暗物質(zhì)雨林深處，但我完全不知道有這么個雨林存在。。

但是當我們與這個影子宇宙共存于同一個時空時—不需要額外的維度或多個宇宙—就有一個信號可以被傳遞。

引力波直到2016年才被發(fā)現(xiàn)，首次發(fā)現(xiàn)這些時空漣漪是由黑洞碰撞產(chǎn)生的。引力波在黑暗區(qū)域和我們的宇宙中被探測到看上去似乎是合理的，但事實上，只有黑暗領域中最強大的宇宙事件才能在這里被探測到。

簡而言之，我們幾乎無法證明可愛的暗物質(zhì)生物的存在，但Randall提出了一個重要的觀點。當我們想象暗物質(zhì)的來源時，明智的做法是超越我們的偏見即暗物質(zhì)是一個簡單的粒子；它可能代表一個復雜的暗物質(zhì)粒子家族并擁有超出我們所能想象的力量。

BY:??IAN O'NEILL, PH.D.

FY: NGC2237

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