宇宙中的暗物质会是另一个生命起源吗

宇宙中的暗物质会是另一个生命起源吗

我们宇宙中绝大多数的“质量”是看不见的。有一段时间,物理学家一直在努力探寻这种难以捉摸的“东西”到底是什么。假设是某种粒子,人们希望大型强子对撞机可能产生暗物质粒子,或者太空望远镜可能探测到暗物质粒子碰撞的明显伽马射线信号。但到目前为止,得到的线索还很少。

理论物理学家丽莎·兰德尔(Lisa Randall)在2017年为鹦鹉螺(Nautilus)撰写的一篇专栏文章中提出了暗物质的一种更极端的可能性。与其把暗物质看作是一种粒子,不如说暗物质是由一整套粒子组成的,这些粒子创造了暗恒星、暗星系、暗行星,或许还有暗生命,这个黑暗宇宙的化学成分可能和我们的“普通化学”一样丰富多彩。

暗物质是什么

在过去的几十年里,我们逐渐认识到宇宙中84.5%的物质是看不见的。这就是所谓的 “暗物质”,这种物质存在于一种不与“普通”物质相互作用的状态中。这些东西之所以“暗”,是因为我们不明白它们是什么。如果我的桌子上有一团暗物质,我不可能知道它在那里。事实上,暗物质团根本不能“待”在我的桌子上。它会从桌子和地板上掉到地壳里,然后快速地朝着地球核心的引力井方向飞去。或者它会莫名其妙地缩到太空。暗物质的相互作用是如此微弱,以致于这个暗物质团会穿过所有普通的物质,就好像它根本不存在一样。但在宇宙中,从它对星系团的引力影响和对星系自转的影响都可以间接观察到暗物质的存在。所以我们知道暗物质在那里,只是看不见。

普通物质又称重子物质,通过电磁力、引力、弱核力和强核力相互作用。这些力传递能量并提供所有物质的结构。另一方面,暗物质通常被视为一团无定形的“物质”,不能通过电磁力、弱力或强力相互作用。因此,人们假设暗物质是“非重子的”。只有当足够多的物质聚集在一起时,才能观察到非重子物质的引力效应。暗物质最主要的候选者是WIMP,它是弱相互作用大质量粒子的缩写。顾名思义,这个假设的粒子不与正常物质相互作用,因此它是非重子的。

根据已经建立的宇宙学模型预测,暗物质就好像维系我们宇宙的“粘合剂”,赋予了我们宇宙结构。暗物质聚集在一起,就像一个不断膨胀的三维网络,影响着星系的演化。“普通物质”在暗物质的引力作用下聚集成星系团,并在星系团之间形成巨大的空洞。天文学家维拉·鲁宾(Vera Rubin)在观察星系的旋转时,首先注意到星系中的大部分物质是看不见的。只有一小部分是可见的恒星、气体和尘埃,其余的则是在一个巨大而不可见的暗物质晕中,就好像我们可见的普通星系只是一个巨大的暗物质轮的轮毂盖。

暗物质的“影子宇宙”是否存在

前文中兰德尔和她的团队发表的研究报告中,为我们展现了一种更复杂的暗物质假说,即我们星系的暗物质不仅仅是由一种非重子物质组成的无定形质量,有可能有一个丰富多彩的暗物质粒子模型在这个暗区中运行。照此推理,假设暗区中与我们可见宇宙一样,存在着丰富多样的未知物理现象,那么是否存在一个“阴影宇宙”与我们自身的宇宙平行存在,并且具有我们的宇宙所具有的所有复杂性呢?

天体物理学家过去曾假设“暗星”,由暗物质构成的恒星可能存在于我们的原始宇宙中,并可能持续到今天。如果真是这样,兰德尔认为,也许“暗行星”也已经形成。然后,她将这个想法进一步推进:如果有一个暗物质粒子家族,由只有在暗区才能到达的力控制,这个领域是否也会有复杂的化学反应?如果有,会诞生生命吗?

虽然这可能会成为一个有趣的科幻故事情节,但黑暗生物将生活在与普通物质完全不相容的影子宇宙中。它们的粒子和力不会对我们的宇宙产生影响。简而言之,我们几乎肯定永远无法证明暗物质生物的存在,但兰德尔提出了一个重要的观点,当我们研究暗物质的来源时,是否可以超越我们的常规认知,由暗物质是一个简单的粒子,拓展到一个复杂的暗物质粒子家族。