♦ 文／寒木釣萌

由於中國大陸發射了一顆名叫「悟空」的探索暗物質衛星，大陸的科普界開始圍觀「暗物質」。近日，「科普中國」發表了一篇關於暗物質的科普文，文章打著「維護牛頓與愛因斯坦尊嚴」的旗號，引發了網友對今日中國大陸在太空科學領域探索的關注。

就在世界各國爭先恐後探索暗物質的時刻，中國大陸把「悟空」送上天，讓「暗物質」即將被發現的期待又增加了機率，這也是中國人對世界科學界能做的供獻。

來自大陸網友許多評論顯示，一般民眾對「暗物質」的了解還遠遠不足，甚至把暗物質視為「人死後的靈魂」，或是科學家拼湊出來對一些無法自圓其說理論的解釋！

但是，為什麼中國大陸近日上天的「悟空」暗物質探測衛星，能被說成是為了維護牛頓和愛因斯坦的尊嚴呢？難道說，萬有引力與相對論出了問題？

「科普中國」的文章這樣解釋：克普勒第二定律告訴我們，行星圍繞中央恒星公轉時，在相同的時間內，恒星和行星的連線所掃過的面積都是相等的。這不難理解，行星距離恒星遠時，軌道速度慢，而距離恒星近時，軌道速度快，因為此時兩者的引力因為距離變近而增大，如果軌道速度不增加，那麽離心力也不會增加，結果就是，行星會衝向恒星的懷抱，變成一團氣體。

在太陽系內，距離太陽越近的行星，軌道速度越大，可以這樣去理解：距離越靠近，引力就越大，如果軌道速度不大的話，就會被太陽吸進肚子裡。設想一下，如果地球具有水星的軌道速度會怎樣？答案當然是會飛出去，遠離地球軌道！這類似於一滴水從旋轉的雨傘上飛出去。同理，如果水星具有地球的速度呢？那麽它無疑將被太陽吞沒。

現在，問題來了。如果既要地球具有水星的速度，又要地球保持在如今這溫暖如春的軌道上，該怎麽辦？答案是增加太陽質量！太陽質量變大，萬有引力增強，引力拉住了地球。

以同樣的萬有引力原理，當我們觀察銀河系時，發現銀河系就是一個旋轉的大盤子，銀河系中心部分最亮，因為那裏的恒星多如恒河沙，換言之，銀河系的大部分質量集中在中央部分。

根據克普勒和牛頓定律，銀河系中央部分旋轉速度最快，而距離銀心越遠，旋轉速度就越慢。只要把銀河系的中央部分當成是太陽，把銀河系的旋臂當成是行星就可以推算出來。

所以，根據人類的現有知識，銀河系應該是這樣運動的。然而觀測的事實卻讓人大跌眼鏡。大量觀測表明，銀河系的旋臂並沒有因為距離銀心遠而速度有所減慢！這是怎麽回事？這不就類似於，雖然地球擁有水星的速度，卻又沒有被甩出軌道一樣？

怎麽解釋這個現象？只有兩種可能：要麽，牛頓和愛因斯坦錯了，現有的物理學有問題，而且是大問題！要麽，銀河系有大量的不發光物質，也就是暗物質。暗物質的質量很大，產生的引力也很大。否則的話，銀河系旋臂那麽高的旋轉速度，早就被甩出去了，或者說，如果沒有暗物質，銀河系將分崩離析。

七八十年過去了，人們一直想找出牛頓和愛因斯坦的理論中到底哪裡出問題，但是非常可惜，一直沒找到。如果兩人的理論沒有問題，那就是宇宙中存在一種我們不知道的物質。這就是為什麽，科學家們深信：宇宙中有暗物質。

根據數十年的觀測和各種方式的計算得出，平常所見到的由原子構成的物質不到5%。放眼太空，漫天星辰，我們以為看到了宇宙的絕大部分實體，然而滑稽的是，無論我們用多麽先進的望遠鏡，也無論我們仰望星空多久，我們所能看到的，原來連宇宙那冰山一角都不到。這實在是太讓人驚奇了！

暗物質是什麽？

到目前為止，沒有人知道暗物質到底是什麽。科學家們只能根據種種觀測的事實和現有理論去推測暗物質的一些性質。

伸手不見五指的夜，我們看不見黑暗中的人，但是用一般的紅外夜視儀就能看到。而暗物質因為不發出任何電磁波，故用任何儀器也看不到它。不發出電磁波也就算了，它也不吸收，並且也不反射電磁波。這就麻煩了，也就是說，目前我們甭想觀測到它。

那能觸摸到它們嗎？也不能，不少科學家認為，暗物質其實就在我們的身邊，它們的速度很快，比步槍的子彈速度還要快幾百倍，它們能輕易穿過我們的身體而我們卻毫無察覺。

科學家們現在很抓狂，他們說，21世界現代物理學的天空有兩大朵烏雲，一個是暗物質，一個是暗能量！

猶記得20世紀初的烏雲已煙消雲散，只留下滿天的光輝——相對論和量子力學的誕生。這兩大學科深深地影響了我們生活的方方面面，就連手機上的導航，也是相對論和量子力學的小小運用之一。

百年前的烏雲我們難以感受其精彩和驚心動魄，因為那時我們都還沒出生，而感受到了的，曾經處在浪潮之巔的那些人，他們已然成為偉人，被後人一遍又一遍述說。

現在，此刻的這兩朵烏雲，目前還只有各國正在研究暗物質的那些科學團隊最能體會。他們已隱隱地感到，暗物質已經處在被發現的邊緣。

中國暗物質探測衛星

既然暗物質如此神出鬼沒，探測衛星又怎麽能捕捉到它呢？答案是，探測衛星並不能捕捉到它。而是，科學家們根據現有理論推測，暗物質可能是一種叫做「大質量弱相互作用粒子」，簡稱WIMP。雖然暗物質有很多候選者，但目前WIMP是暗物質最有希望的候選者。

絕大多數粒子都有反粒子，就像質子、電子的反粒子分別是反質子、反電子。科學家們認為WIMP也有反粒子，當WIMP與它的反粒子發生湮滅時，或者自身發生衰變時就會放出大量能量，而這些能量多以伽馬射線、反質子和正電子釋放出來。大陸的探測衛星恰好就能探測到這些高能電子和伽馬射線，其探測能力超越其他國家已經發射了的暗物質探測衛星。

雖然宇宙深處很多天體也會釋放伽馬射線，比如脈衝星，但是，可以通過技術和觀測的手段把這些不同能量的伽馬射線排除掉。假如能捕捉到前所未見的伽馬射線和高能電子，那麽，就有極大的可能是暗物質釋放出來的，從而也就間接地探測到了暗物質。

這是一種幸運

諾貝爾物理學獎獲得者李政道曾認為，對暗物質的研究將預示著物理學又一次翻天覆地的革命。而很多前沿科學家，他們的內心其實早有預感：今天物理學面臨的狀況與19世紀末、20世紀初誕生相對論和量子力學時非常類似。

也許可以用幸運來形容，假設暗物質的質量只占宇宙總質量的萬分之一，遠遠少於普通物質，那麽，暗物質雖然會產生引力，但是極小，帶來的後果就是，人類得等幾百年，甚至上千年後才能察覺到有暗物質這種東西存在。

在宇宙中，暗物質的質量比我們所能見到的普通物質要大好多倍，這讓我們得以輕易覺察到它們的存在，對於人類來說，或者對於我們這一代人來說，又何嘗不是一種幸運？

暗物質對於現代人，就好似電磁波對於千年前的古人，不同的是，古人不知有電磁波，而我們，已在上天入地尋找暗物質。（文章來源：科普中國）