逐个评论大卫·格罗斯对“物理学的未来”所提25个问题(3)

2．暗物质

(接(2))

第2个问题研究的是我们在最近几年内发现的暗物质的本质。现在看来，宇宙中绝大多数物质不是由构成我们的粒子组成的，而是某种我们不能直接看到的新类型的物质。这种“暗物质”不发出辐射，可以推想，它与普通粒子和辐射的相互作用非常微弱。我们只能通过它的引力效应而知道它的存在。我们可以通过观察星系边缘的普通物质的轨道而测量它的质量。结果是宇宙的25％由暗物质组成，而不是由质子、中子、夸克或电子构成。普通的重子物质，即组成我们的物质，仅占目前宇宙质量或能量密度的3－4％。因此什么是暗物质？我们能在实验室直接观察到它吗？它是如何与普通物质相互作用的？主流的假设是暗物质由弱相互作用大质量粒子（Weakly Interacting Massive Particles，WIMP）组成。粒子物理学家已经构造出许多推测模型，这些模型超出了粒子物理学的标准模型，通常包括许多可能组成暗物质的候选粒子。我喜欢的候选粒子是“neutralino”（中性伴随子），标准模型的超对称扩展中的最轻的中性粒子，它是构成暗物质的一个理想的候选粒子。但是暗物质也可能由“轴子”或其他粒子构成，轴子是为解决强CP问题而发明的另外一个预测粒子。于是出现了观测问题，我们是否能在实验室中制造和检测暗物质？我们能直接探测到充满和包围星系的暗物质吗？暗物质在宇宙中是如何分布的？关于星系的结构和形成，暗物质向我们提供了什么信息？在星系的形成和分布的当前模型中，暗物质扮演了一个至关重要的角色。正是暗物质进行了第一次塌陷，随后普通物质出现，并塌陷成为大块的暗物质（the clumps of dark matter）。我们还不能以充足的定量细节来理解星系是如何形成的，为了达到这个目标，我们需要真正理解暗物质的本质和特性。

评论：

所谓暗物质，简单说，就是由观测到宇宙中各天体的运动状况，按其相互的引力计算发现已观测到的天体的质量竟只有计算所缺失的10到100分之1，而认为：应存在：用一般的光学和电磁学仪器探测不到的暗物质。

而由局部空间各天体的分布和运动状态，按其引力确实计算出宇宙间，银河系，甚至太阳系，都存在质量巨大的黑洞。并可观测到其中时时偶发的高能射线而确定其存在。而所谓黑洞，只是大量或密集的普通物质的引力效应，使进入其视界的物体，甚至光子，都不能逃离。

而且，现在对各天体运动速度的观测，都是由其来光的频率红移，按现有的“都卜勒公式”由其距离和哈勃系数确定。但是，现有的“都卜勒公式”是仅适用于惯性的牵引运动。而宇宙中各天体却并非都是惯性的牵引运动。它们间的相对运动状态只能由适用于非惯性的牵引运动的相应公式才能正确得出。

可以预期，按正确的公式重新分析现有观测到的各天体的频移资料，计算各黑洞的质量，就可能弥补所谓的宇宙质量缺欠，而证明宇宙各处广泛分布的大质量黑洞就是所谓的“暗物质”。

(未完待续)