北京時(shí)間 7 月 14 日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，面對(duì)現(xiàn)實(shí)吧：直到現(xiàn)在，我們依然對(duì)宇宙幾乎一無(wú)所知。當(dāng)然，我們已經(jīng)確定了一些事情，比如暗物質(zhì)和暗能量的存在；我們也知道宇宙大爆炸，以及星系如何在數(shù)十億年的過(guò)程中形成、演變。然而最痛苦的是，我們知道 “正?！蔽镔|(zhì)（構(gòu)成星系、恒星、行星和我們自身的物質(zhì)）只占宇宙所有質(zhì)量和能量的 5%。
更糟糕的是，在這些正常物質(zhì)中，還有一半我們?nèi)匀徊恢涝谀睦铩?/p>
宇宙普查
首先，我們必須先定義什么是 “正常物質(zhì)”。我們?nèi)粘Ｋ煜さ奈矬w，如電視、家具，以及天文學(xué)家觀測(cè)到的各種天體、分子云等，都屬于常規(guī)物質(zhì)。天文學(xué)家稱這些物質(zhì)為 “重子”物質(zhì)，因?yàn)樗鼈冎饕芍刈咏M成。所謂重子，即由三個(gè)夸克組成的復(fù)合粒子，最常見(jiàn)的重子就是原子核里的質(zhì)子和中子。因此，盡管重子物質(zhì)只是宇宙這個(gè)大游戲中的一小部分——你可以消滅宇宙中的每一個(gè)星系，但宇宙歷史的進(jìn)程也會(huì)毫不含糊地繼續(xù)下去）——但卻是我們最熟悉的，所以我們稱它為 “正?！?。
目前，科學(xué)家還無(wú)法計(jì)算出宇宙中所有重子的數(shù)量，這一事實(shí)似乎來(lái)源于一個(gè)大膽的主張：科學(xué)家已經(jīng)知道宇宙的組成，即使還無(wú)法找不到這些組成部分。不過(guò)，我們也有兩大證據(jù)來(lái)幫助計(jì)算出所有重子的數(shù)量，即使還無(wú)法在望遠(yuǎn)鏡中找到它們。
首先，科學(xué)家對(duì)宇宙誕生僅十幾分鐘時(shí)的物理學(xué)有了相當(dāng)程度的了解。一百多億年前的那個(gè)時(shí)刻，宇宙很小、很熱、密度極大，足以讓第一批質(zhì)子和中子（重子）從原始湯中濃縮出來(lái)?？茖W(xué)家對(duì)核物理已經(jīng)非常了解，足以制造發(fā)電用的反應(yīng)堆（和殺傷力巨大的炸彈），因此可以做出適當(dāng)?shù)念A(yù)測(cè)。這些預(yù)測(cè)告訴我們宇宙中應(yīng)該存在多少重子，以及輕元素（如氦和鋰）與氫的比例。目前觀測(cè)到的比例與理論計(jì)算預(yù)測(cè)的相同，因此科學(xué)家有信心通過(guò)更加精確的計(jì)算，為宇宙的重子數(shù)量設(shè)定一個(gè)極限。
其次，科學(xué)家對(duì)宇宙微波背景輻射進(jìn)行了深入研究。宇宙微波背景輻射是宇宙誕生后 38 萬(wàn)年時(shí)的一個(gè)壯麗光源，就在宇宙從等離子體冷卻下來(lái)的時(shí)候被釋放出來(lái)。憑借對(duì)等離子體物理學(xué)的足夠了解，科學(xué)家對(duì)觀測(cè)到的宇宙微波背景輻射和預(yù)測(cè)值進(jìn)行了比較，這告訴了我們宇宙中已知的重子總數(shù)量。
在這兩種情況下，計(jì)算的結(jié)果是一致的：占宇宙質(zhì)量和能量的 5%。這就是宇宙能得到的所有重子。
尋找重子
重子的壓縮點(diǎn)燃了核聚變，構(gòu)成了恒星。這些恒星最終聚集在一起形成巨大的宇宙結(jié)構(gòu)：星系。在同樣由重子組成的地球上，我們擁有相當(dāng)明確的時(shí)間來(lái)計(jì)算宇宙中所有的恒星和星系，因?yàn)樗鼈兿鄬?duì)來(lái)說(shuō)比較明亮，而我們制造望遠(yuǎn)鏡的目的正是觀測(cè)它們。
除此之外，我們還有一些計(jì)算重子的巧妙方法。我們可以觀測(cè)穿過(guò)數(shù)十億光年散射氣體的光線。這些氣體本身過(guò)于稀薄，無(wú)法被我們看見(jiàn)，但它們會(huì)吸收一些背景光，使我們能夠估計(jì)出在巨大的氣體云中存在著多少重子。
再進(jìn)一步，我們可以通過(guò)背景光的細(xì)微彎曲來(lái)尋找昏暗、緊湊的物體，比如黑洞或一些 “流氓行星”，它們也是由重子組成的，只是不太明亮。
總的來(lái)說(shuō)，科學(xué)家已經(jīng)能夠解釋宇宙中大約一半的重子，但這樣的情況似乎有點(diǎn)尷尬。
星系間的纖維
這一宇宙學(xué)難題的可能解釋之一，是重子的確存在于某處，但沒(méi)有像恒星那樣發(fā)光，也沒(méi)有足夠的密度來(lái)形成引力透鏡，或者吸收背景光。這些 “缺失”的重子可能只是在自顧自地四處游蕩，與任何特別有趣的物體都沒(méi)有真正的聯(lián)系。
而在更大的宇宙中，當(dāng)你想遠(yuǎn)離星系的喧囂時(shí)，你會(huì)來(lái)到宇宙的纖維狀結(jié)構(gòu)。這些纖維如同星系之間連接起來(lái)的又長(zhǎng)又細(xì)的氣體卷須，類似地球城市之間漫長(zhǎng)而空曠的高速公路。
通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，科學(xué)家知道了這些纖維的存在，但要測(cè)量它們卻困難得多，因?yàn)樗鼈冞^(guò)于薄弱。不過(guò)，最新的技術(shù)正在向我們揭開(kāi)這些纖維的奧秘。如果纖維中的氣體溫度足夠高，那么來(lái)自宇宙微波背景的古老輻射在穿過(guò)纖維時(shí)就會(huì)被激活，從而在微波成像中形成一個(gè)名為 “蘇尼亞耶夫 - 澤爾多維奇效應(yīng)”（Sunyaev-Zel‘dovich effect，簡(jiǎn)稱 SZ 效應(yīng)）的熱點(diǎn)。每根纖維產(chǎn)生的效果都非常小，幾乎不可能測(cè)量，但如果將數(shù)百根纖維疊加在一起，就足以產(chǎn)生清晰的信號(hào)。
科學(xué)家正在逐漸發(fā)現(xiàn)這些纖維的信號(hào)。在我們的宇宙中，大約有一半的重子不愿在密集的星系中逗留，而寧愿徘徊在冷寂的星際空間。
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