北京時(shí)間8月14日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，據(jù)科學(xué)家估計(jì)，常規(guī)物質(zhì)只占宇宙總能量的二十分之一，暗物質(zhì)約占六分之一，剩下部分由暗能量構(gòu)成。從能量來(lái)計(jì)算的話，你可能認(rèn)為常規(guī)物質(zhì)在很大程度上是無(wú)關(guān)緊要的，但對(duì)大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，常規(guī)物質(zhì)才是真正重要的宇宙組成部分。除了宇宙學(xué)家，幾乎所有人都將注意力集中在常規(guī)物質(zhì)上，對(duì)暗物質(zhì)和暗能量毫不在意。
我們當(dāng)然更關(guān)心常規(guī)物質(zhì)，因?yàn)槲覀儽旧砭褪怯沙Ｒ?guī)物質(zhì)組成的——就像我們所生活的有形世界一樣。我們關(guān)注常規(guī)物質(zhì)的另一個(gè)原因是其豐富的互動(dòng)性。通過(guò)電磁力、弱核力和強(qiáng)核力等相互作用，常規(guī)物質(zhì)可以使世界的可見物質(zhì)形成復(fù)雜、密集的系統(tǒng)。不僅僅是恒星，還有巖石、海洋、植物和動(dòng)物的存在都要?dú)w功于常規(guī)物質(zhì)的非引力相互作用。就像啤酒中的少量酒精對(duì)狂歡者的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)其他成分的影響一樣，常規(guī)物質(zhì)雖然只占能量密度的一小部分，但它對(duì)自身和周圍環(huán)境的影響要比暗物質(zhì)和暗能量明顯得多。
我們熟悉的可見物質(zhì)大約占常規(guī)物質(zhì)的15%。在商業(yè)和政治領(lǐng)域，前1%的人相互影響，主導(dǎo)著決策和政策，而剩下的99%的人口提供的基礎(chǔ)設(shè)施和支持——包括維護(hù)建筑物、維持城市運(yùn)轉(zhuǎn)以及為人們的餐桌提供食物——?jiǎng)t沒(méi)有得到廣泛認(rèn)可。同樣，常規(guī)物質(zhì)支配著我們目之所及的幾乎所有東西，而暗物質(zhì)，盡管以其無(wú)處不在的豐富性，幫助創(chuàng)造了星團(tuán)和星系，促進(jìn)了恒星的形成，但對(duì)我們今天周圍環(huán)境的直接影響十分有限。
我們周圍的一切似乎都由常規(guī)物質(zhì)負(fù)責(zé)。它讓我們身體得以運(yùn)動(dòng)，為我們的經(jīng)濟(jì)提供能源；你正在閱讀這篇文章的電腦屏幕，以及你能想到的任何事物，也都由常規(guī)物質(zhì)組成。如果某種事物具有可測(cè)量的相互作用，那么它就值得關(guān)注，因?yàn)樗鼘?duì)周圍的任何事物都會(huì)產(chǎn)生更直接的影響。
通常情況下，暗物質(zhì)缺乏這種有趣的影響和結(jié)構(gòu)。一般的假設(shè)認(rèn)為，暗物質(zhì)是把星系和星系團(tuán)凝聚在一起的“粘合劑”，但只存在于它們周圍的無(wú)定形云中。但是，如果這個(gè)假設(shè)不成立，而只是因?yàn)槠姾蜔o(wú)知使我們受到誤導(dǎo)的話，情況又會(huì)怎樣呢？
粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型包括6種夸克，3種帶電輕子（包括電子），3種中微子，所有負(fù)責(zé)力的粒子，以及新發(fā)現(xiàn)的希格斯玻色子。如果暗物質(zhì)的世界也相當(dāng)豐富呢？在這種情況下，即使大多數(shù)暗物質(zhì)的相互作用可有可無(wú)，但是小部分暗物質(zhì)可能會(huì)出現(xiàn)類似于常規(guī)物質(zhì)的相互作用。標(biāo)準(zhǔn)模型中豐富的粒子和力組成了復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，也導(dǎo)致了許多有趣的現(xiàn)象。如果暗物質(zhì)中含有發(fā)生相互作用的成分，那這一部分可能也會(huì)產(chǎn)生影響。
如果我們是由暗物質(zhì)構(gòu)成的生物，我們就會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為常規(guī)物質(zhì)領(lǐng)域的粒子都是同一類型的?；蛟S由常規(guī)物質(zhì)構(gòu)成的我們也在犯類似的錯(cuò)誤。描述我們所知物質(zhì)最基本組成部分的粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型十分復(fù)雜，考慮到這一點(diǎn)，再假設(shè)所有暗物質(zhì)只由一種粒子組成似乎就顯得十分奇怪。為什么不假設(shè)一些暗物質(zhì)有自己的相互作用呢？
在這種情況下，就像常規(guī)物質(zhì)由不同類型的粒子組成，而這些基本粒子通過(guò)不同的電荷組合相互作用一樣，暗物質(zhì)也會(huì)有不同的基本粒子，而且這些不同的新粒子類型中至少有一種會(huì)經(jīng)歷非引力相互作用。標(biāo)準(zhǔn)模型中的中微子在強(qiáng)核力或電磁力作用下不會(huì)發(fā)生相互作用，而夸克的6種類型卻與之相反。
以類似的方式，也許有一種暗物質(zhì)粒子在引力之外的相互作用非常微弱，或者不發(fā)生相互作用，但有一小部分——也許是5%——還是會(huì)發(fā)生非引力相互作用。根據(jù)我們?cè)诔Ｒ?guī)物質(zhì)世界中所看到的情況，這樣的情況可能比通常假設(shè)的相互作用非常微弱，或沒(méi)有相互作用的單個(gè)暗物質(zhì)粒子更有可能出現(xiàn)。
常規(guī)物質(zhì)的許多組成部分具有不同的相互作用，并以不同的方式對(duì)世界作出貢獻(xiàn)。暗物質(zhì)也可能有不同的粒子，它們具有不同的行為，并且可能以可測(cè)量的方式影響宇宙的結(jié)構(gòu)。
令人驚訝的是，幾乎沒(méi)有人考慮過(guò)，假設(shè)只有常規(guī)物質(zhì)表現(xiàn)出粒子類型和相互作用的多樣性是多么荒謬和狂妄。少數(shù)物理學(xué)家試圖分析不同的模型，比如“鏡像暗物質(zhì)”，描述了模擬一切常規(guī)物質(zhì)的暗物質(zhì)。但這樣的例子過(guò)于特殊，難以理解，其含義很難與我們所知道的一切相協(xié)調(diào)。
還有少數(shù)物理學(xué)家研究了暗物質(zhì)相互作用的更一般的模型，但他們假設(shè)所有的暗物質(zhì)都是相同的，因此經(jīng)歷了相同的作用。沒(méi)有人考慮過(guò)一種非常簡(jiǎn)單的可能性，即雖然大多數(shù)暗物質(zhì)不會(huì)相互作用，但小部分暗物質(zhì)可能會(huì)相互作用。
一個(gè)顯而易見的可能原因是，大多數(shù)人會(huì)認(rèn)為，如果經(jīng)歷相互作用的特殊成分只占暗物質(zhì)存量的一小部分，那么這種新的暗物質(zhì)類型就可能與大多數(shù)可測(cè)量的現(xiàn)象無(wú)關(guān)。我們甚至還沒(méi)有觀察到暗物質(zhì)的主要成分，此時(shí)關(guān)注其更小的部分似乎為時(shí)過(guò)早。
但是，如果你還記得常規(guī)物質(zhì)所攜帶能量只相當(dāng)于暗物質(zhì)能量的20%時(shí)，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)邏輯有什么缺陷。經(jīng)歷更強(qiáng)的非引力相互作用的物質(zhì)可能比大量弱相互作用的物質(zhì)更有趣，更有影響力。
我們已經(jīng)知道這對(duì)于常規(guī)物質(zhì)來(lái)說(shuō)是成立的。常規(guī)物質(zhì)在宇宙組成中占比很低，但影響卻很大。在一個(gè)致密的常規(guī)物質(zhì)盤中，恒星、行星、地球甚至生命都可以形成。帶電的暗物質(zhì)成分——雖然不一定有這么豐富——也可以坍縮成圓盤，就像銀河系中可見的圓盤一樣。它甚至可能分裂成類似恒星的物體。在原理上，這種新的盤狀結(jié)構(gòu)可以被觀察到，甚至可能比傳統(tǒng)觀點(diǎn)中占主要地位的低溫暗物質(zhì)成分更容易被觀測(cè)到。
一旦你開始沿著這些思路思考，可能性就會(huì)迅速增加。畢竟，電磁力只是標(biāo)準(zhǔn)模型粒子所經(jīng)歷的幾種非引力相互作用之一。除了將電子與原子核結(jié)合的力，常規(guī)物質(zhì)世界的標(biāo)準(zhǔn)模型粒子還通過(guò)弱核力和強(qiáng)核力發(fā)生相互作用。在常規(guī)物質(zhì)的世界里可能還存在更多的力，但它們?cè)诳蛇_(dá)到的能量下必須極其微弱，因?yàn)榈侥壳盀橹梗€沒(méi)有人觀察到它們的任何跡象。不過(guò)，即使只存在三種非引力相互作用，也暗示著相互作用的暗物質(zhì)可能也會(huì)經(jīng)歷非引力相互作用，而不僅僅是暗電磁力。
也許除了電磁力外，核力也能作用于暗粒子。在這種可能性更加豐富的場(chǎng)景中，經(jīng)過(guò)核燃燒形成的暗恒星可以創(chuàng)造出比目前描述的暗物質(zhì)更類似于常規(guī)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。在這種情況下，暗圓盤中可能存在許多暗恒星，其周圍存在著由暗原子組成的暗行星。因此，這些暗物質(zhì)可能具有與常規(guī)物質(zhì)相同的復(fù)雜性。
部分相互作用的暗物質(zhì)顯然為推測(cè)提供了肥沃的土壤，并鼓勵(lì)我們?nèi)ニ伎荚究赡軣o(wú)法想象的可能性。對(duì)作家和電影觀眾而言，暗物質(zhì)領(lǐng)域中這種額外的力量及其引發(fā)的結(jié)果是非常誘人的。它們甚至可能暗示著，宇宙中可能有與我們共存的暗物質(zhì)生命。
然而，情況并不一定很有趣。電影攝影師很難拍攝這種暗物質(zhì)生命，當(dāng)然，我們和它們都看不見彼此。即使暗物質(zhì)生命存在（或者曾經(jīng)存在），我們也不知道。你不知道暗物質(zhì)生命有多可愛(ài)——幾乎肯定永遠(yuǎn)也不會(huì)知道。
盡管推測(cè)暗物質(zhì)生命存在的可能性很有趣，但找到一種觀察它們，甚至更間接地探測(cè)它們的方法卻困難得多。人類對(duì)系外行星的搜尋工作正在努力進(jìn)行中，要找到和我們由同樣的物質(zhì)組成的生命已經(jīng)足夠具有挑戰(zhàn)性了，而如果暗物質(zhì)生命存在的話，其證據(jù)將比遙遠(yuǎn)宇宙中常規(guī)物質(zhì)生命的證據(jù)更加難以捉摸。
直到不久前，我們才終于探測(cè)到了來(lái)自巨大黑洞的引力波。我們幾乎沒(méi)有機(jī)會(huì)探測(cè)到暗物質(zhì)生命的引力效應(yīng)——無(wú)論它們離我們有多近。
理想情況下，我們希望以某種方式與這一新領(lǐng)域溝通，或者讓它們以某種獨(dú)特的方式與我們通信。但如果這種新生命沒(méi)有經(jīng)歷我們所經(jīng)歷的同樣的力，那通信就無(wú)法進(jìn)行。即使我們經(jīng)歷同樣的引力，一個(gè)小物體或生命形式所施加的引力也幾乎肯定會(huì)微弱到無(wú)法探測(cè)。只有非常大的暗物質(zhì)物體，比如橫跨銀河系平面的圓盤，才會(huì)產(chǎn)生可見的后果。
暗物質(zhì)天體或暗物質(zhì)生命可能離我們很近，但如果暗物質(zhì)的凈質(zhì)量不是很大，我們就無(wú)從得知它們的存在。即使使用最先進(jìn)的技術(shù)，或者我們目前能想象的任何技術(shù)，也只有一些非常特殊的可能性是可驗(yàn)證的。暗物質(zhì)生命聽上去雖然令人興奮，但并不一定會(huì)產(chǎn)生我們會(huì)注意到的任何可見后果，這使得它成為一種誘人的可能性，但不會(huì)受到觀察的影響。公平地說(shuō)，暗物質(zhì)生命的存在是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。科幻小說(shuō)作家們對(duì)此進(jìn)行創(chuàng)作可能沒(méi)有問(wèn)題，但對(duì)宇宙而言，要?jiǎng)?chuàng)造出暗物質(zhì)生命還需要克服很多障礙。在所有可能的化學(xué)反應(yīng)中，有多少能維持生命尚不清楚，甚至在那些能維持生命的化學(xué)反應(yīng)中，我們也不知道究竟在哪些環(huán)境中才能進(jìn)行。
盡管如此，暗物質(zhì)生命在原理上還是存在的，甚至可能就在我們的眼皮底下。但如果沒(méi)有與我們世界的常規(guī)物質(zhì)更強(qiáng)的互動(dòng)，它們的種種狀態(tài)我們可能永遠(yuǎn)都不會(huì)知道。但有趣的是，如果暗物質(zhì)世界中存在相互作用——不管是否與生命有關(guān)——其對(duì)宇宙結(jié)構(gòu)的影響最終可能會(huì)被我們測(cè)量到，然后我們才能了解到更多關(guān)于暗物質(zhì)世界的信息。
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