暗物质真的存在么？

站长搜索（www.adminso.com）：暗物质真的存在么？ 暗物质真的存在么？我们得首先了解暗物质是怎么提出的。1937年，天文学家弗里兹・扎维奇发现，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，然而星系的运行速度远远超出万有引力公式计算出的结果，这表明除了人类已知的星系团核心物质对该星系的引力外，还存在其他引力

站长搜索（www.adminso.com）：暗物质真的存在么？

暗物质真的存在么？我们得首先了解暗物质是怎么提出的。1937年，天文学家弗里兹・扎维奇发现，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，然而星系的运行速度远远超出万有引力公式计算出的结果，这表明除了人类已知的星系团核心物质对该星系的引力外，还存在其他引力。天文学家进一步推断，在人类已知的宇宙物质之外，还有一种物质存在。科学家认为这种物质就是暗物质。

近几次通过高能物理搜寻暗物质所发现的“信号”吊起了人们的胃口，而这更有可能是传统天体物理学的结果，并非首次初步探测到宇宙中失踪的质量，持怀疑态度的天体物理学家们说道。

“十年前，如果没有首先进行反复核查，没有人会贸然说信号不可能是源自某种常规的天体。”克利夫兰市凯斯西储大学（Case Western Reserve University）天体物理学家斯特西・麦戈高夫在接受福布斯采访时说道。他说：“可如今的态度似乎是，如果没有马上认出这是什么，那一定就是暗物质；谎报‘狼来了’的行为没有遭到任何惩罚。”

▲ 艺术家眼中的暗物质

即便如此，理论上的可能性仍然很高。

这是因为大半个世纪以来，宇宙学中的“冷暗物质”一直被用来解释许多宇宙可见物质所表现出的引力动力学；其中包括像我们的银河系这样的巨大星系的自转速率。

“星系中直接可见的物质所产生的引力，远远不足以将各个星系聚拢在一起；如果用标准物理定律来计算引力的话，学术界就要引入暗物质来解释那部分额外的引力。”以色列魏兹曼研究所（Weizmann Institute）物理学家莫德采・米尔格若姆（Mordehai Milgrom）告诉福布斯道。

而且“外来的”非重子暗物质在理论上主要是通过引力的形式与常规物质发生作用，因此暗物质的探测本身就是个难题。即便如此，大多数宇宙学家接受这样的观点，即在宇宙失踪质量中常规暗物质可能占到85%之多。

引入暗物质的需要，要么与看不见的外来粒子有关，这种粒子远远超出了已知物理学的范畴，要么是新物理学的产物，该物理学认为在极大尺度结构上引力的表现方式是不同的。然而这两种假设都不容易被证实。

然而，几十年来，实验物理学家在地面和太空，通过实验室观测和天文观测寻找这一失踪的部分。

本月《物理评论快报》（Physical Review Letters）上的一篇文章指出，最近一次观测就涉及英仙座星系团和附近的仙女座星系所发出的X射线。

利用欧洲太空总署的XMM-牛顿X射线太空望远镜，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）粒子物理和宇宙学实验室以及荷兰莱顿大学（Leiden University）的研究人员们报告称，观察到的过量X射线光子可能就是惰性中微子衰变的信号。也就是迄今为止未经证实的、假设的暗物质粒子。

“自2005年以来，我们就一直在搜寻这一信号。”该论文的第一作者、莱顿大学物理学教授阿列克斯・博亚斯基（Alexey Boyarsky）告诉福布斯。他还说：“该信号的强度接近实验设备灵敏度的下限，如果容易发现，我们早就发现了。”

博亚斯基指出，在所有与信号的暗物质解释相一致的模型中，惰性中微子可能是最简单也是最自然的一种。他说，这种粒子仅通过与常规中微子在量子力学上的“搅拌”效应跟常规物质发生作用。

因此，博亚斯基说，它很难“捕捉”。

麻省理工学院（MIT）物理学家保罗・祖肯（Paolo Zuccon）提出了不同看法，认为惰性中微粒子的存在也没被证实。“它的质量、特性、尤其是衰变方式还全是猜测。”祖肯在接受福布斯采访时说道，“总而言之，这一说法有些牵强。”

或者如麦戈高夫所说：“根据这些数据，我不会称已经探测到任何物质。这看起来是对嘈杂的天文数据做出过度解读的一个典型案例。”

不过，祖肯自己一直利用架设在国际空间站（ISS）外部的一个光谱仪，参与搜寻这种隐秘物质。

祖肯及其同事分析了阿尔法磁谱仪（AMS）在两年半里所收集到的数据，这一ISS粒子探测器记录了大量来自星系的宇宙射线。他们发现正电子超标，这些正电子的能量在8G电子伏特左右，研究人员称与一些暗物质模型相吻合。

“但我们还不能将暗物质假说和脉冲星等天体物理源区分开来。”祖肯说道，他参与了利用阿尔法磁谱仪搜寻暗物质的工作。“只有当阿尔法磁谱仪或其他测量仪收集到更多数据时才会得出答案。”

不过，正如本月初《自然》新闻（Nature News）所报道，欧洲太空总署的普朗克望远镜（Planck telescope）没能在宇宙微波背景（Cosmic Microwave Background）下发现类似的正电子过量迹象。如果暗物质粒子在本初宇宙中也以相似的速度碰撞和湮灭的话，理应会被发现。

麦戈高夫称，就MIT探测到的正电子信号来说，可能由暗物质所发出的信号将会对应暗物质粒子实际衰变的能量上限。

▲ 波江星座中MCS J0416.1-2403星系团：长期以来理论上认为，这样的星系团是通过宇宙暗物质聚拢在一起的

“如果他们看到一个这样的（能量）陡沿，对应于貌似存在的暗物质粒子，那会令我很感兴趣，”麦戈高夫说，“到那时，没有什么是天体物理学所不能解释的了。”

长期以来，探寻者提出银河系致密的星系中心就是暗物质的藏匿之处。今年年初，利用美国宇航局（NASA）费米伽马射线太空望远镜所提供的公开数据，研究者发现银河系中心存在过量的高能伽马射线。

对于星系中心地带的研究不断细化，暗物质粒子湮灭释放出伽马射线信号这一说法已经大为巩固。费米实验室（位于伊利诺伊州巴达维亚市）的天体物理学家丹・胡珀（Dan Hooper）说道。

胡珀说，独立验证暗物质信号将需要一系列探测结果，其中包括：来自矮椭球星系的伽马射线；反质子过量；来自暗物质占多数的星系子暗晕（sub-halos）附近的伽马射线；地下实验中的暗物质粒子；或者利用欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机得到暗物质粒子。但他也承认同样的过量问题也可以用脉冲星或宇宙射线爆发的相关现象来加以解释。

“只有在已知的和未预料到的天体物理源均被排除时，所观测到的信号是由暗物质发出这种说法才有最大的可能性。”麦戈高夫说道。

至于博亚斯基和他的同事们呢？

博亚斯基指出，2015年他的团队获得了更多使用XMM望远镜的时间。博亚斯基说，如果这样行不通，很可能到2016年年中，日本计划发射的Astro-H X射线望远镜应该能够让他的团队再次获得观测时间，并确定这些X射线是否真的是由暗物质发出。

暗物质理论一直具有生命力，部分是因为在大尺度宇宙结构中，看不见的暗物质似乎形成了星系团和超星系团的沿宇宙网格分布。因此，在不引入暗物质或其他引力理论的情况下，这样的结构难以被解释。

“关于暗物质的这种乐观态度已经存在了很长一段时间，”麦戈高夫说，“在过去20年中，每隔五年我就会听到自信满满的声明：‘五年内，我们就会知道暗物质是什么了。’显然，这一天从未到来过。”

我们应该停止探测吗？

米尔格若姆说探测绝对应该继续下去；只是为了说明暗物质并不存在。

那个与暗物质理论说再见的临界点何时将会出现？

“对有些人来说，永远不会有那样一个时刻。”米尔格若姆说。几年前当他提出修正牛顿引力理论（MOND）时，就与暗物质理论划清了界限，那是另一种引力理论，无需引入暗物质解释什么。

多年前，弱相互作用大质量粒子（WIMP）曾很有希望被认定为暗物质，米尔格若姆说，但未能在大型强子对撞实验中得到。