宇宙中無人知曉的神秘力量

在顯微鏡下/ William Reville教授:科學界是觀察的奴隸。不管有多困難，所有的假定和理論都應該與通過觀察自然界後獲得的資料相適應。經過400年的研究，科學界已經掌握了很多自然界知識，但似乎還有無限的領域等我們去開發。

例如，科學界幾乎不了解由30%暗物質和65%暗能量組成的95%的宇宙。雖然科學界能對暗物質作出智慧的猜測，但對他們來說自然界暗能量仍保留著完全的神秘。

自1933年來，科學界就已經對暗物質有所了解。其中一則重要的證據就是星星在漩渦星系中圍著星系中心旋轉。通過觀察可以清楚星系中存在著大量不可見的物質，這就是星系的暗物質，如此稱呼它是因為它無法被直接探測到。暗物質是電中性的，不發出光或其他電磁異塵餘生。然而，它會因重力而受其他物質所吸引。

我們身邊的世界是由92種不同的原子所組成，但只有5%的宇宙是由這些原子組成，剩下95%由暗物質及暗能量組成。無人知曉自然界的暗物質。我們身邊的原子是由質子、中子、電子這些基本粒子構成。這些粒子無法構成暗物質，因為算法顯示大爆炸時期幾乎沒有產生出足以構成暗物質的粒子。許多科學家才發現這些稱作中子的影子似的粒子極大量的出現在宇宙中，能稍微與其他形式的物質相互作用，並構成了大量的暗物質。然而，現在估計中子構成的宇宙暗物質超不過0.3%。在早期宇宙，中子由於移動速度過快而無法融入穩定的宇宙結構，因而被分類為“熱”暗物質。

暗物質基本性質一定是“冷”的，因為目前尚未發現的粒子在形成時移動速度較慢。標準的基礎粒子模型不包含冷性暗物質，但模型的發展暗示著一些與冷性暗物質相合理的粒子存在。

一種稱為超對稱性的發展，假設了每個已知的基本粒子都有一個由更重更遲鈍的“超級伴侶”組成的新家庭。這個超級伴侶——中子，被假定為基本暗物質粒子。它沒有任何電荷，不受電磁力影響。理論算法估計在大爆炸時期形成的中子總質量與被推斷出存在於宇宙中的暗物質質量相吻合。

到現在仍沒有人能探測到暗物質。現今幾個探測暗物質的研究項目仍在世界不同地方進行著。雖然大多數假定的中子會在沒有相互作用的情況下穿過檢測面板，但總有偶然的一個中子會與檢測面板上的原子核發生碰撞，將自己的一點能量傳送到那顆原子核身上。被激發的原子核將迅速釋放出吸收到的能量，這些能量將被探測器記錄下來。

我們可以把星系中的暗物質設想為一團渾濁的氣體，這團中子氣體以每秒220公里的速度穿越太陽系。雖然每一秒就有十億個暗物質粒子穿越一平方米，但中子與其他普通物質的相互作用程度很低——每天每千克0.0001至0.1次相互作用。能夠檢測如此低相互作用率的儀器現在才開始投入使用。

檢測儀器遇到的主要困難是該如何屏蔽虛假的背景效果。探測器所使用的金屬中含有微量放射性物質。地球沐浴著宇宙射線，這些射線在探測器中記錄的信號與中子相同。為了鑒定這些暗物質，這些不需要的背景必須要減少成千上萬倍。通過淨化金屬可以減少放射性背景，再將探測器深埋於地底下，宇宙射線就可以被屏蔽。

單獨選出一個特別的中子信號是很困難的。所幸的是，信號強度應該會在夏天與冬天有所不同，這將有利於檢測中子信號。我們的太陽系圍繞著銀河系中心旋轉，同時地球繞著太陽旋轉。當太陽系穿過暗物質的時候經歷了一陣“頭頂上的風”，例如，地球繞著太陽轉，這意味著在北半球夏季的頭頂風會比冬季更大。因此夏天時的暗物質信號應該比冬天時的更強。背景效果並不會隨著季節變化而變化。

暗能量直到1998年天文學家觀測到遙遠星系中的爆炸恆星時才進入人們的視野。他們發現這些超新星比它們應所在的位置更加遠。研究結果揭示了一股神秘力量正在與重力起反作用，導致星系之間正已越來越高的速度相互遠離。這股無人知曉的神秘力量被稱為暗能量。

這讓人想起英國著名生理學家JBS Haldane說過的話:“在我看來，宇宙不僅比我們現在所想象的更古怪，而且比我們將來能想象的還要古怪。”

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. irishtimes-鄭佩瑜-

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