在節目開始之前，我們(men) 先來說一個(ge) 故事。在生活中，有一個(ge) “幽靈”始終圍繞在我們(men) 身邊，雖然留下許多蛛絲(si) 馬跡證明它確實存在，但從(cong) 沒有人看見或者摸到它的“真身”。如今，“悟空”睜開了火眼金晴，從(cong) 紛繁複雜的亂(luan) 象中抓住了一條關(guan) 鍵線索，或許能夠幫助我們(men) 認清這個(ge) 幽靈的真麵目。甚至，“悟空”還隱隱看到了這個(ge) 幽靈留下的半個(ge) 身影。 

　　這個(ge) 故事並不是《西遊記》的新編，而是2017年11月30日淩晨悟空號合作組在《自然》雜誌上公布的首批科學成果。 

　　故事裏的“悟空”，全名是暗物質粒子探測衛星，隸屬於(yu) 中國科學院，從(cong) 2015年12月17日發射升空以來，就一直在距離地麵大約500千米的太陽同步軌道上采集著數據。而“悟空”千方百計想要認清真相的那個(ge) 幽靈，就是大名鼎鼎的“暗物質”。 

　　顧名思義(yi) ，暗物質指的是看不見的物質。這不是因為(wei) 沒有光 照亮它們(men) ，而是因為(wei) 光 照不亮它們(men) 。我們(men) 之所以能夠看到這個(ge) 世界，看到身邊的桌椅板凳，看到遙遠的日月星辰，是因為(wei) 這些東(dong) 西，或者說這些物質，在最根本的層麵上，能夠和光互動，也就是說它們(men) 能夠被光照亮，或者能夠發出光亮。 

　　但暗物質不同，它們(men) 和光形同陌路，互不理睬。暗物質不參與(yu) 電磁相互作用，而光是一種電磁波。因此，暗物質不反光，不發光，也不遮擋任何光線。 

　　與(yu) 暗物質互不理睬的，不隻有光，還有普通物質。分子和原子是普通物質構成的基石，這些基石能夠組裝在一起，本質上是它們(men) 之間的電磁力在發揮作用。也正是通過這樣的電磁作用，我們(men) 才能夠觸摸到這個(ge) 大千世界。而暗物質，對這樣的電磁作用，根本就不屑一顧。 

　　於(yu) 是，對於(yu) 由普通物質構成的我們(men) 來說，暗物質不隻看不見，連摸都摸不著，就像一個(ge) 幽靈，來自於(yu) 完全不同的另一個(ge) 時空。 

　　既然看不見也摸不著，科學家憑什麽(me) 認定這個(ge) 幽靈的存在千真萬(wan) 確，甚至不惜派“悟空”闖入天庭去探查它的真麵目呢？ 

　　實際上，這主要是因為(wei) 萬(wan) 有引力。傳(chuan) 說中，砸在牛頓腦袋上的蘋果讓他悟出一個(ge) 真諦——那就是，讓蘋果從(cong) 樹上掉落的力量，同樣牽引著日月星辰在天空中依序運轉。 

　　任何東(dong) 西，隻要擁有質量，彼此間就會(hui) 存在一種羈絆，使它們(men) 相互吸引。這種羈絆稱為(wei) 引力，是宇宙中唯一能夠遠距離影響天體(ti) 運行的力量。天體(ti) 在宇宙中如何運行取決(jue) 於(yu) 它受到了多少引力，而所受到的引力又能反映出有多少物質蘊藏在它的周圍。科學家曾用一個(ge) 簡單的例子來解釋這個(ge) 理論。 

　　天王星被發現不久，就有人提出，和理論推算的軌道相比，它的位置總是出現偏差。就算考慮了當時已知的所有天體(ti) 對它施加的吸引，也仍然有額外的引力在偷偷幹擾它的運行。有人據此推斷，太陽係裏應該存在一顆當時還未知的行星，在特定的位置上施加了額外的引力。果然，沒過多久，海王星就在預測位置上被發現了。萬(wan) 有引力定律因此深入人心。 

　　自上世紀30年代以來，在規模遠大於(yu) 太陽係的宇宙尺度上，天文學家發現有越來越多的天體(ti) 運行規律，就算把所有看得見的物質全都算上，也仍然需要有額外的引力才解釋得通。 

　　在銀河係級別的旋渦星係裏，千億(yi) 顆恒星繞著星係中心快速運轉。這些恒星速度很快，要是沒有額外的引力，它們(men) 就會(hui) 被甩到星係以外，令整個(ge) 星係崩塌分解。而在規模更大的星係團中，星係之間彌漫著能夠輻射出X射線的高溫氣體(ti) 。這些氣體(ti) 溫度非常高，要是沒有額外的引力，它們(men) 早就消散在宇宙空間了。 

　　甚至，在宇宙演化早期，如果沒有額外引力的參與(yu) ，普通物質也不會(hui) 如此快速地聚集成團，形成如今人們(men) 看到的宇宙大尺度結構。 

　　天王星受到的額外引力，讓天文學家推斷出了尚未發現的海王星。同樣，整個(ge) 星係、星係團，甚至整個(ge) 宇宙受到的額外引力，讓天文學家相信，宇宙中肯定存在某種未知的物質，數量比普通物質更多，能夠產(chan) 生足夠的額外引力。由於(yu) 看不見也摸不著，天文學家就把這種未知的物質稱為(wei) 暗物質。 

　　跟當年很快就被人找到的海王星不同，暗物質提出幾十年來，對於(yu) 它到底是什麽(me) ，科學家仍然一無所獲。理論學家推測，就像普通物質由一係列基本粒子構成一樣，暗物質可能也是由一大類粒子構成。雖然這些粒子看不見也摸不著，但某些理論預言，在一些特殊情況下，這些隱身的粒子可能會(hui) 露出馬腳。比如，當兩(liang) 個(ge) 暗物質粒子狹路相逢時，它們(men) 可能會(hui) 相互湮滅，產(chan) 生出伽馬射線和一係列並不隱身的高能粒子。 

　　在地球大氣層外，宇宙空間裏充斥著許多橫衝(chong) 直撞的高能粒子，稱為(wei) 宇宙線。這些粒子的來源始終成謎，或許大都來源於(yu) 普通的高能天體(ti) 物理過程，但也有可能，其中一部分來源於(yu) 暗物質粒子的相互湮滅或者衰變。來源於(yu) 暗物質的高能粒子，特別是正負電子，或許會(hui) 在電子宇宙線的總能譜上留下獨特的印跡。這正是“悟空”的首要科學目標。 

　　“悟空”的火眼金睛，其實就是一台宇宙線望遠鏡，自上天以來，便持續不斷地記錄著來自宇宙的高能粒子。在運行的前530天裏，“悟空”一共記錄到28億(yi) 個(ge) 高能粒子，從(cong) 中分辨中150萬(wan) 個(ge) 高能電子，而且，測量了它們(men) 的能量和來源方位。從(cong) 這些數據中，科學家試圖找出暗物質粒子湮滅的關(guan) 鍵證據。 

　　早在“悟空”上天之前，科學家就在宇宙線裏的高能電子中察覺到了一些異常。比如丁肇中領導的阿爾法磁譜儀(yi) 就發現，在粒子能量超出某個(ge) 數值時，宇宙線裏正負電子的比例就會(hui) 大大超出理論模型的預期，這似乎就可以用暗物質粒子湮滅加以解釋。 

　　如果真是暗物質粒子湮滅，那麽(me) 理論上來說，它所產(chan) 生的高能電子就會(hui) 存在一個(ge) 能量上限，具體(ti) 數值與(yu) 暗物質粒子本身的質量有關(guan) 。如果超過這個(ge) 能量上限，高能電子的數目就會(hui) 出現陡峭下跌，從(cong) 而在宇宙線能譜中出現一個(ge) 拐折。然而，不論是丁肇中的阿爾法磁譜儀(yi) ，還是後來美國的費米空間望遠鏡，對高能電子都隻能測量到最高1萬(wan) 億(yi) 電子伏特，沒有在能譜中發現任何拐折的跡象。 

　　由於(yu) “悟空”的火眼金晴對高能電子能量的測量，最高能達到10萬(wan) 億(yi) 電子伏特。因此，在“悟空”看到的高能電子能譜圖上，預期中的拐折第一次確鑿無疑地顯現出來。以0.9萬(wan) 億(yi) 電子伏特的能量作為(wei) 分界，左側(ce) 電子的數目變化相對平緩，右側(ce) 卻要陡峭得多。 

　　如果這一拐折真的是由暗物質粒子產(chan) 生的，那麽(me) ，理論上科學家就可以根據拐折的形狀，推斷出暗物質粒子的一些特性。不過，直接觀測到這一拐折，還算不上是暗物質粒子存在的確鑿證據。畢竟，其他天體(ti) 的物理過程，比如脈衝(chong) 星周圍的高能現象，也有可能產(chan) 生形狀平緩的類似拐折。這一拐折反映了宇宙中高能電子輻射源的典型加速能力，對於(yu) 判定能量低於(yu) 1萬(wan) 億(yi) 電子伏特的電子宇宙射線是否來自暗物質起到了關(guan) 鍵性作用。 

　　當推開一扇新的窗口，除了可以看到預期中的美景之外，我們(men) 往往還會(hui) 有一些意料之外的驚喜。“悟空”也是如此，除了拐折，似乎還隱隱看到了這個(ge) 暗物質幽靈留下的半個(ge) 身影。 

　　在1萬(wan) 億(yi) 電子伏特的能量之上，高能電子的數目已經開始陡峭下跌。然而，就在1.4萬(wan) 億(yi) 電子伏特處，高能電子的數目卻比其他地方多很多。似乎在附近很狹窄的能量範圍之內(nei) ，宇宙線中高能電子的數目出現了一個(ge) 尖銳的峰值。 

　　如果這個(ge) 異常數據是真實的，那必定是一個(ge) 重大發現，因為(wei) 能夠發出高能電子形成如此尖峰信號的天體(ti) ，肯定是非常特殊的存在。不過，目前還無法解釋這個(ge) 尖峰的形成原因。畢竟這隻是“悟空”在運行的前530天裏采集到的第一批數據。由於(yu) 宇宙線裏的高能粒子存在隨機性，明顯離經叛道的數據點也可能隻是統計漲落，未必就是真實信號。 

　　好在，“悟空”健康狀況良好，預計可以在太空繼續服役3到5年，采集更多高能電子宇宙線的數據。或許隻有到了那時，才能確切判斷這個(ge) 尖峰是否真實。至於(yu) 暗物質粒子被發現的捷報，或許還需要等待更長久的時間吧。 

　　好的，今天的非常科學到這裏就要告一段落了。如果您想要了解更多的科普信息，可以搜索微信公眾(zhong) 號“feichangkexue”來關(guan) 注我們(men) ，或者通過新浪官方微博“經濟之聲非常科學”與(yu) 我們(men) 節目組進行互動。 

　　主持人亞(ya) 楠代表編輯製作感謝大家的收聽，並誠邀您明天同一時間繼續與(yu) 我們(men) 相約《非常科學》。 



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