键!”
教授拿起粉笔在黑板上写了“信号vs背景”
,“间接探测的难点在于‘区分信号和背景’。
宇宙里的伽马射线太多了,脉冲星、新星遗迹都会产生,就像在热闹的集市里找一个说话的人,很容易把别人的声音当成目标。
但我们有办法——比如暗物质湮灭产生的伽马射线,能量分布有特定的‘谱线’,就像每个人的声音有独特的频率,只要找到这个‘特征频率’,就能确认是暗物质。”
他举了个例子:“2o18年,中国的‘悟空’号暗物质粒子探测卫星,在太空中观测到了正电子的‘反常谱’——正电子数量在14万亿电子伏特附近突然增多,这和暗物质湮灭的理论预测很像。
虽然现在还不能确定这就是暗物质,但‘悟空’的优势是‘高精度’,它能区分正电子和其他粒子,就像用显微镜看细菌,比肉眼看得更清。
这就像易经里的‘明察秋毫’,只有看得细,才能在复杂的‘背景’里找到真正的‘信号’。”
周游突然提问:“那如果暗物质不湮灭呢?比如它是‘大质量致密晕天体’(acho),像黑洞、中子星这类不光的天体,那间接探测也没用啊?”
“问得好!”
教授赞许地看了他一眼,“所以我们需要第三种方法,一种‘不依赖暗物质是什么’的方法——通过它的‘引力’来探测。”
三、“观星测轨”
的引力透镜:在星系的“变形镜”
里,量暗物质的重量
“第三种方法叫‘引力透镜探测’,它利用了爱因斯坦的广义相对论——质量会弯曲时空,就像在地毯上放一个铅球,地毯会凹陷,路过的小球会绕着凹陷处转。
暗物质虽然看不见,但它的质量会弯曲光线,让远处的星系看起来‘变形’,我们通过测量这种‘变形’,就能算出暗物质的分布和质量。”
教授展开第三张图纸,上面画着一个巨大的星系团,光线经过时像被拉伸的橡皮筋,“这就像易经里的‘仰以观于天文,俯以察于地理’,不直接找‘阴’,而是通过‘阳’(光线、星系)的变化,反推‘阴’的存在——因为所有物质,不管看得见看不见,都有引力,这是宇宙的基本规律。”
秦易盯着图纸,突然恍然大悟:“我懂了!
就像我们看水里的筷子,筷子没弯,但光线折射让它看起来弯了,暗物质就是‘水’,星系就是‘筷子’,我们通过‘筷子的弯曲程度’算‘水的密度’!”
“这个类比太贴切了!”
教授忍不住鼓掌,“1995年,天文学家观测到‘子弹星系团’——两个星系团碰撞时,可见物质(恒星、气体)因为有摩擦力,会减、碰撞,而暗物质因为不与物质作用,会‘穿过’碰撞区域,继续向前。
通过引力透镜观测,天文学家现暗物质的分布和可见物质的分布完全分开,这是暗物质存在的‘最强证据之一’——就像两辆车相撞,车上的货物(可见物质)会散落,而车里的乘客(暗物质)因为没重量(不与物质作用),会直接穿过去,我们通过‘乘客的轨迹’(引力透镜),就能确认他们存在。”
蒋尘立刻追问:“那这种方法的优势是什么?有没有局限?”
“优势是‘普适性’——不管暗物质是粒子还是天体,只要有质量,就会产生引力透镜,所以它不依赖‘暗物质是什么’的假设。”
教授解释道,“但局限也很明显——需要观测大量的星系,而且要高精度测量‘变形程度’,对望远镜的要求很高。
比如哈勃太空望远镜、中国的‘天眼’fast,还有未来的罗马太空望远镜,都在做这项工作。
2o年,科学家通过哈勃望远镜观测了1oo多个星系团,算出暗物质在宇宙中的分布是‘网状结构’,就像海绵一样,可见物质都在‘海绵的孔隙’里——这和宇宙大爆炸理论预测的‘暗物质先形成骨架,可见物质再聚集’完全一致。”
结语:三种方法,一场跨越千年的“以阳探阴”
“总结一下,暗物质的三种探测方法,其实是人类认识宇宙的三种思路。”
教授收起三张图纸,目光扫过台下的学生,“直接探测是‘守株待兔’,靠耐心捕捉微弱信号;间接探测是‘借光寻影’,靠智慧区分痕迹;引力透镜是‘观星测轨’,靠规律反推存在。
这三种方法,刚好对应了易经里的‘三易’——变易(三种方法不断调整)、简易(核心都是‘以阳探阴’)、不易(对宇宙真相的追