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于 41 年前發(fā)射的 NASA 旅行者 1 號探測器已飛離太陽系 6 年,，但天文學(xué)家們在它所傳回的數(shù)據(jù)中找不到那些能解釋暗物質(zhì)的遠(yuǎn)古黑洞,。 遠(yuǎn)古黑洞站長精靈 當(dāng)代天文學(xué)認(rèn)為，我們所觀測到的所有物質(zhì)加起來只占全宇宙質(zhì)能（質(zhì)量和能量）總量的約 5%,，在剩余的 95% 中,，暗物質(zhì)占大概 27%,，暗能量占大概 68%。雖然暗物質(zhì)和暗能量兩個(gè)詞聽上去很神秘,，但其實(shí)就是科學(xué)家們根據(jù)觀測數(shù)據(jù)按現(xiàn)有理論進(jìn)行演算后發(fā)現(xiàn),，現(xiàn)有宇宙中如果沒有這些還未被觀測到的的質(zhì)量和能量就會崩壞，比如整個(gè)星系會被拆散然后從現(xiàn)有位置被飛速拋出和宇宙停止膨脹等等,。 而在眾多試圖解釋暗物質(zhì)和暗能量概念的當(dāng)代宇宙學(xué)假說中,，大多都有將可能的一些間接觀測證據(jù)囊括在內(nèi)，而其中一個(gè)假設(shè)就借引力透鏡將暗物質(zhì)解釋為了一種宇宙大爆炸后不久就誕生了的“遠(yuǎn)古”黑洞,。 由于宇宙中的暗物質(zhì)與普通物質(zhì)在總量上比例懸殊,，由恒星坍縮而成的黑洞并不能產(chǎn)生這種量比，假說要求構(gòu)成暗物質(zhì)的黑洞由宇宙大爆炸后原始粒子湯中坍縮的波動形成,，并認(rèn)為這種原始黑洞可以具有任何質(zhì)量,。 雖然此前現(xiàn)有的觀測表明質(zhì)量大的夸張的原始黑洞實(shí)際存在的可能性很低（不然能瞬間撕碎一整個(gè)星系），但理論上質(zhì)量稍小一點(diǎn)的遠(yuǎn)古黑洞會造成能被觀測到的引力透鏡,，也就是宇宙中的部分空間因被引力扭曲而形成天然望遠(yuǎn)鏡的現(xiàn)象,。 目前，天文學(xué)家通過以可觀測的引力效應(yīng)為基礎(chǔ)進(jìn)行逆推,，算出能被探測到的這種原始黑洞應(yīng)具有三個(gè)質(zhì)量分級,，分別是太陽質(zhì)量的一至十倍，太陽質(zhì)量的十億分之一和低于太陽質(zhì)量的千萬億分之一,。 探索之旅 根據(jù)量子理論,，宇宙空間中存在著正反粒子的相互泯滅，霍金曾以此提出了黑洞的輻射理論,，也就是對于黑洞附近的一對正反粒子來說,，如果一個(gè)粒子落入黑洞，其反粒子便會以輻射的形式從黑洞中飛出,，且黑洞越小輻射越大,，使實(shí)際探測成為了可能。
圖 | 黑洞輻射想象圖（來源：NASA’s Goddard Space Flight Center） 理論上,，之前提到過的三個(gè)質(zhì)量分級中的最后一種（低于太陽質(zhì)量的千萬億分之一,，約 100 億噸）應(yīng)該能輻射出足量的電子和正電子以供探測。雖然地球上的設(shè)備會因受太陽的磁場影響而無法被用于探測這些電子和正電子,，但已經(jīng)飛離太陽系的旅行者一號應(yīng)該能做到這一點(diǎn),。 然而，自旅行者 1 號于 2012 年正式飛離太陽系以來,，天文學(xué)家們至今沒能從它所傳回的數(shù)據(jù)中找到符合條件的正反粒子信號,。同時(shí)，一篇于去年 10 月發(fā)表的論文指出，由于人們尚未觀測到可能由暗物質(zhì)遠(yuǎn)古黑洞造成的引力透鏡現(xiàn)象,，統(tǒng)計(jì)學(xué)分析表明宇宙中的大部分暗物質(zhì)（60% 以上）應(yīng)該都不是黑洞,。
圖 | 旅行者 1 號（來源：NASA） 雖然這并不能完全排除暗物質(zhì)由黑洞構(gòu)成的可能性，但至少目前看來,，暗物質(zhì)的黑洞假說對天文學(xué)家們來說已經(jīng)不是那么有吸引力了,。 結(jié)語 相比之下，其他幾個(gè)比較主流的解釋暗物質(zhì)的假說也都各有各的問題,。 MACHOs（Massive Compact Halo Objects,，暈族大質(zhì)量致密天體）認(rèn)為暗物質(zhì)由一種體積極小的大質(zhì)量不發(fā)光物質(zhì)構(gòu)成，雖然理論上可以通過引力透鏡進(jìn)行觀測,，但目前天文學(xué)家們對于“如何判斷觀測到的引力透鏡符合要求”還未能達(dá)成一致,。WIMP（Weakly Interacting Massive Particles，大質(zhì)量弱相互作用粒子）提出暗物質(zhì)由一種假想粒子構(gòu)成,，只通過弱核力和引力與外界相互作用,，而盡管天文學(xué)家們?yōu)樘綔y它們建造了很多昂貴的設(shè)備，目前人們還尚未發(fā)現(xiàn)與該粒子實(shí)際存在的證據(jù),。還有一種比較特立獨(dú)行的,，名為“牛頓力學(xué)改良版”的假說，認(rèn)為暗物質(zhì)的存在是由現(xiàn)有理論的錯(cuò)誤導(dǎo)致,，并試圖提出一種改良版的力學(xué)理論系統(tǒng)來解釋暗物質(zhì)的存在,，但目前還未有人提出一個(gè)這種能解釋暗物質(zhì)問題同時(shí)又能顧及宇宙演化過程的改良理論。 雖然暗物質(zhì)當(dāng)下的確算得上是一個(gè)未解之謎,，但無論它是否真的存在或許并不重要。筆者曾有幸在幾年前參加過一次中國暗物質(zhì)衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師和國內(nèi)暗物質(zhì)探測團(tuán)隊(duì)的宣講會,，當(dāng)時(shí)有聽眾問臺上的科學(xué)家是否相信暗物質(zhì)的存在,，那位科學(xué)家給出答案是“不”，并表示他認(rèn)為人們可能會在追尋暗物質(zhì)的路上發(fā)現(xiàn)別的什么東西,，科學(xué)發(fā)現(xiàn)往往可能是“讓人意想不到的”,。 或許，事實(shí)可能也會真的如此,，暗物質(zhì)存在與否的問題可能會像 19 世紀(jì)的“以太”讓我們意識到了光是一種電磁波一樣,，為我們帶來一些意想不到的結(jié)論。用天文學(xué)家的話來說,，暗物質(zhì)可能還僅是真正問題的冰山一角,，或許，當(dāng)未來的物理學(xué)回顧我們這段歷史時(shí),，會覺得“這是一個(gè)開啟了新紀(jì)元,，人們嘗試重新理解宇宙的新時(shí)代”。 -End- 編輯：Peter，責(zé)編：Braden 參考：http:///news/2018/10/can-black-holes-explain-dark-matter |
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