美國天文學家卡爾·薩根（Carl Sagan）曾經說過，比起科幻小說他更喜歡真正的科學，因為科學更加神秘莫測。

　　好吧，聽聽這個科學假說：宇宙中存在著和我們的銀河系占據同樣空間大小的另一個星系，它之所以沒被發現是因為我們在望遠鏡里是看不見它的，這個星系里甚至還可能有看不見的恒星、行星和看不見的生命。

　　關于“影子”銀河系的想法可能聽起來瘋狂，但是這是美國物理學家們的一個嚴肅的假設，試圖搞清楚我們宇宙中的看不見的，即“暗”物質。

隱藏的暗物質世界是不是可能就在我們的眼皮子底下？

　　“我們認為這一問題很值得探索，因為它既可以解釋一些令人不解的現象又可以通過實驗加以驗證。”馬修·麥卡洛說，他來自波士頓附近的麻省理工大學理論物理中心。

　　我們一直通過假設暗物質的存在來解釋一些令人困惑的天文現象，其中之一是位于螺旋星云邊緣地區的恒星沿軌道運行過快。就像坐在加速的轉椅上的孩子，他們本該飛入星際空間，但卻沒有，天文學家給的解釋是：多虧了那不會發出可探測光的大量物質（暗物質）產生出的引力控制。

現在是創造新的暗物質理論的時候了嗎？

　　接下來你要讀到的就是第二個要用暗物質來解釋的現象——對宇宙背景輻射現象，即宇宙大爆炸火球的“余暉”的觀察表明，物質最初在空間里傳播非常均勻，然而，宇宙中也會有相對而言密度較大的地方，這些區域引力比之周圍區域更大，能把物質更快地拉進去，密度也因此變得愈加大。

　　但是這一過程仍然太慢，在宇宙形成的13.8億年時間內，不足以成像銀河系那樣大小的星系。為了解釋我們銀河系的存在，我們就很有必要假定有大量的暗物質存在，因為有暗物質額外的引力可以極大地加快星系形成的進程。

　　暗物質理論

　　暗物質占宇宙質能的26.8%，比重超過正常物質——形成你、我和其他一切東西的原子（4.9%）——的五倍。問題是：暗物質究竟是什么？各種各樣的意見都有，從宇宙大爆炸時留下的電冰箱大小的黑洞到自未來飛回的“時光之箭”，但是最流行的說法是說暗物質是由一種迄今尚未發現的亞原子微粒組成的。

　　暗物質有很多的“候選者”——例如軸子，它可以解決自然的“強大”力量和大質量弱相互作用粒子之間的問題。

暗物質占宇宙質能的26.8%

　　大質量弱相互作用粒子是由理論預測出來的，例如其中的超對稱理論就試圖表明一種自然基本粒子——費密子——無非就是另一種粒子玻色子的反面而已。

　　這些粒子是假借已知的亞原子粒子中的“超對稱粒子”為幌子。最輕的穩定超對稱粒子——中輕微子，是最流行的暗物質“候選者”。

我們日常生活的世界是復雜的，不是由單一的樂高磚粒子構成的，而是由眾多的粒子構成

　　但是仍然有一個問題。在日內瓦附近的大型強子對撞機目前為止還沒有通過其高能量碰撞造出中輕微子或任何暗物質粒子。“到2015年，一旦加速裝置重新以更高的碰撞能量運行，就有可能出現這樣的粒子，”麥卡洛說，“但是如果做不到呢？”

　　這使得一些物理學家考慮我們的暗物質模型是否需要稍加改進。“我們日常生活的世界是復雜的，不是由單一的樂高磚粒子構成的，而是由眾多的粒子構成，”麥卡洛說，“如果暗物質也是這樣那怎么辦呢？”

　　麥卡洛一直與哈佛大學的麗薩·藍道爾（Lisa Randall）一起工作，她是《彎曲的旅行：揭開隱藏著的宇宙維度之謎》一書的作者，也是哈佛大學和麻省理工學院的第一位享有終生職位的女理論物理學家。她和同事提出一種物質的新形式，可使物質在回避正常物質時還可以與自身相互作用，因此，我們不知道它就在那兒。

　　最重要的是，這種能自己相互作用的暗物質與傳統暗物質表現非常不同。我們相信銀河系是由暗物質混合著一點點正常的物質組成的巨大旋轉球體云所形成的。

　　正常物質在重力的作用下開始縮小，由于赤道上有外在的離心力來反抗重力，所以在兩極物質縮小速度比在赤道的要快，結果是形成一片極薄的平整星系盤后分裂成星星。這僅僅只是一種可能，因為正常物質可以電磁波或光的形式來散發熱量——散發出來的熱量可以防止云體在重力的作用下收縮。

　　然而，關鍵在于暗物質無法發出光，也就不會失去能量而收縮為一片圓盤，暗物質仍然存在于球體云之中。這就導致了現在的情形：我們的銀河系是包裹在暗物質球體云中的一塊扁平的旋轉恒星星系盤。

美國航天局的費米伽馬射線太空望遠鏡發現伽馬射線，可為麗薩·藍道爾的新理論提供證據支持

　　但是藍道爾和同事說他們設想的那種暗物質可以通過一種類似我們的電磁力的力來與自身相互作用。所以，暗物質就可能因發出暗電磁波，或“暗光”，而失去能量。“隨后，暗物質可以像正常物質一樣坍塌成為一塊薄薄的圓盤，”她說，“我們稱之為雙盤暗物質。”

LUX探測器到目前為止還未成功找到暗物質粒子

　　藍道爾沒有提及所有的暗物質。一個球體云清楚地展示銀河系中恒星按軌道運行的速度，所以暗物質中最大的一部分肯定仍然在這里。但是一些暗物質——相比可能存在于可見恒星系盤里的大量的暗物質而言——是可能存在于扁平星系盤里的。

　　雙盤的概念或許可以解釋一些反常現象。例如，美國航天局的費米伽馬射線太空望遠鏡發現，有一千三百億伏特能源的伽馬射線從銀河系的中心散發出來。

　　這可能可以來解釋是否這里存在有一千三百億伏特暗物質——這大約是同等質量的質子的130倍。那些伽馬射線可能是這些暗物質粒子和它們的反粒子湮滅后的產物。

　　暗物質是在圓形“光暈”中分散存在的，其粒子不能產生足夠高的密度以解釋這種伽馬射線的特征。但，“一旦有雙盤，暗物質的新成分密度就更大，也就更容易發現其他粒子并與之一起湮滅。”藍道爾說。

　　探知暗物質

　　現在，有很多實驗正嘗試著探知飛越地球的暗物質。因為暗物質不和正常物質相互作用，科學家們使用多種多樣的原子核——從硅原子到氙原子，從氟原子到碘原子——希望某天突然“看見”一次被暗物質粒子擊中的核反沖。

　　盡管太陽是以相對于暗物質暈220千米/每小時的速度繞銀河系中心運行，但大部分的實驗都一無所獲。“第二個盤是可以隨著可見星系旋轉的，如果有一些暗物質是在這個盤里，那這就是我們所希望看到的局面了，”麥卡洛說，“暗物質圓盤和正常物質圓盤之間的相對運動將會為零，所以暗物質碰撞上探測器的動作是如此輕以至于難以被發現。”

明尼蘇達州的低溫暗物質搜尋計劃

　　然而，還有一種結果也可以讓我們擺脫對雙盤的需要。當LUX（大型地下氙氣）實驗在南達科塔的舊金礦井里一無所獲時，CDMS（低溫暗物質搜尋）實驗在位于明尼蘇達州的蘇丹礦井里有三處發現，能量都在8到12千電子伏。

　　這是如何形成的？麥卡洛和藍道爾說在另一個版本的故事里圓的可能被說成方的。想象處于高能狀態下的一個暗物質粒子，在CDMS過程中若它與一個硅核相撞，它便會失去能量，導致核反沖。然而，在LUX實驗里，要用相撞過程中無法控制的能量形成這樣一個反沖明顯不夠。

了解暗物質是否和普通物質一樣有著更豐富的結構

　　批評者可能會說，暗物質不能解釋我們看到的現象，藍道爾和她的同事也只是在加上些花里胡哨的裝飾而已。他們可能會說這只是希臘人的回憶錄（希臘人發現他們的行星按圓形軌道運行的理論與數據相悖，就在圓形軌道里再加上圓形軌道，或者說“本輪”，直到它與數據相符。）

　　“我認為這比加本輪的做法更糟糕，”來自以色列雷霍沃特地區雷茲曼研究所的莫爾德·米爾格龍說，“加入本輪僅僅是為了好玩。”

　　米爾格龍是修正牛頓引力理論思想（MOND）的創始人，MOND主張恒星在螺旋星云中的異常軌道運動不是由于大量看不到的暗物質所產生的引力，而是由于引力比牛頓曾預言過的更加強大。

　　藍道爾聳聳肩，表示不介意這些批評。“為了了解暗物質是否和普通物質一樣有著更豐富的結構，我們又前進一步，”她說，“我們正在對其中一些暗物質的相互作用做合理假設。”

　　麥卡洛承認雙盤暗物質的想法不能滿足奧萊姆的剃須刀原理（奧萊姆的剃須刀（Occam’s razor）：由14世紀邏輯學家、圣方濟各會修士奧卡姆的威廉（William of Occam）提出的一個原理。

　　在試圖了解某事物時，采用必要的信息是獲得解釋的最快途徑，即“如無必要，勿增實體”），該原理說如果有兩個互相矛盾的理論，最簡單的那個通常是真的。“但是如果暗物質確實是那么復雜該怎么辦呢？”他說，“我們無從選擇，只能聽從自然的安排。”

　　那么我們如何找到銀河系的第二個星系盤的證據呢？“它會影響在太陽周圍恒星所受的重力場，”藍道爾說，“仔細觀察他們的移動，可能就會發現星系盤。”

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我們如何找到銀河系的第二個星系盤的證據呢？

　　第二個星系盤可能我們的那么厚那么寬，“但是即使兩者最初沒有對齊，”藍道爾說，“暗物質星系盤和正常物質星系盤之間的引力牽引也會在很早之前就使他們對齊。”

　　暗電磁力的存在使得暗物質的亞成分也可進入“影子盤”。由于已知力的黑暗等價物，星系盤可能隨后會碎成恒星大小的塊狀物。“在這些塊狀物里暗星是否會燃燒將取決于里面能點燃核反應的暗核力的強弱。”

　尋找黑暗中的居民

　　黑暗中的居民？

　　暗物質構成的影子宇宙可能僅僅和我們所見的宇宙一樣復雜？這樣的推測很搞笑，實際上它比我們知道的宇宙復雜得多�？赡芩�不止有四個基本力而是有六個。

　　這是不是能解釋盡管我們已經花了大半個世紀尋找外星人足跡卻仍然一無所獲？

　　這是不是正是因為暗物質宇宙更加耐人尋味？如果你來自發達的地外文明，影子宇宙有沒有可能正是你的家鄉，因為那里正是行動的源泉？“現在就真是在科幻小說的領域了！”麥卡洛笑道。

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