第277章 暗物质的历史

　　主编的话其实外行了，寻找暗物质不一定需要新的理论，依照现在已有的理论也有可能发现暗物质，甚至有可能在试验中发现没有任何理论预言过的暗物质；如果是这样前一种情况提出理论的人获奖，后一种情况发现的人获奖；吕丘建之所以提出新理论，除了这种理论的确可行之外，还想让自己获奖的理由更扎实一些！

　　既然暗物质是无法被看到的，那么物理届是怎么发现它的存在的呢？或者说物理学家们为什么要假设存在暗物质呢？

　　这就要从物理学家的工作习惯说起，数学家们现提出一些不证自明的假设，诸如两点之间直线最短之类，然后由这些不证自明的公理推导出庞大的数学体系；而物理学家则是先提出假设，先用着再说，如果这种假设能够自洽、并在测量精度上符合已知现象并能做出合理预言，那么它就是正确的。

　　物理学是具有可证伪性的。对于任何一个物理理论，我们都有可能设计某种实验将其证伪；现在我们接受某种物理理论，并不是说它被证明了、而是没有被任何实验证伪。如果它被实验证明是错误的，那么它就是错误的，如果不能被证明错误，那么就接着用吧！比如伽利略的两个铁球试验就证明了亚里士多德的理论是错误的。

　　暗物质的出现要追朔到爱因斯坦的理论，爱因斯坦认为宇宙的形状取决于宇宙质量的多少。他认为：宇宙是有限封闭的。如果是这样，宇宙中物质的平均密度必须达到每立方厘米5X10的负30次方克。但是，迄今可观测到的宇宙的密度，却比这个值小100倍。也就是说，宇宙中的大多数物质“失踪”了。科学家将这种“失踪”的物质叫“暗物质”。

　　之后的近一百年时间里，许许多多物理学家、天文学家通过不同的渠道找到了暗物质存在的证据，1933年。美国加州工学院的瑞士天文学家弗里兹·扎维奇发现一个星系团中的星系速度比预期的要大，根据牛顿万有引力定律。意味着星系之间还有许没有被观测到的物质。

　　根据他的推断星系团的质量比从星系团中发光星体推断出来的质量大了400倍，并首次提出了“暗物质”的概念，但这一观点在当时并未受到重视。

　　直到1970年，女科学家鲁宾和她的同时福特终于找到了令人信服的证据，他们通过对仙女座大星云星体旋转曲线的研究，发现了一个奇特的现象；根据牛顿万有引力定律，如果一个星系的质量主要集中在星系核心，那么星系外围的星体运行的速度将随着距离的增大而减小。但是从他们观测到的结果相当大的范围内星系外围星体运行的速度是恒定的！

　　于是他们得出了和扎维奇相似的结论，要么是牛顿万有引力定律不正确，要么星系非核心区域分布着许多没有被观测到的物质；由于牛顿万有引力定律尚未被证伪，所以暗物质就成了唯一的解释。

　　接着许多类似的天文现象被观测到，因此暗物质的存在理论被广泛认同，但是直到如今物理届也没有建立起一个可靠地暗物质模型，也没有真正找到暗物质。

　　暗物质的存在对粒子物理理论提出了新的挑战，在温伯格提出的标准模型中只有中微子可能是暗物质，但研究表明中微子无法成为宇宙中暗物质的主要组成部分。所以暗物质要求有超出标准模型的新物理模型。

　　物理学家们也提出了诸如最小超对称模型、额外维度模型、小希格斯模型等多种模型，但都没有办法获得确凿的实验证据。

　　由于暗物质不参与电磁反应的特性。所以很难用天文望远镜直接观测，所以物理学家们设计了三种不同的观测方式进行探索，分别是加速器观测、间接观测和直接观测。

　　加速器观测就是利用LHC进行粒子对撞。将暗物质创造出来，然后根据暗物质粒子带走的能量和分布来推测暗物质的性质。

　　间接观测就是观测暗物质粒子衰变后产生的稳定可见粒子，并根据这些线索逆推暗物质的属性。

　　直接观测则是在极深的地下建立起可以屏蔽绝大多数地面干扰信号的观测室，探测暗物质粒子和探测器中的物质原子核所产生的信号。这也是目前最可行的探索方式之一。但这种方式对吕丘建来说有些麻烦。

　　要探索到暗物质，必须要有极深的地下试验室，而现在无论是米国南达科他州布莱克山霍姆斯特克金矿地下2438米的地下科学实验室，还是比这更深的华国锦屏极深地下暗物质实验室都还只存在于图纸上，距离投入使用还有相当长的时间，他可没那个时间等待这两项大工程完成。而现有的意大利GRAN-SASSO地下试验室等达不到他的要求。

　　所以LHC的加速器探索就成了他目前唯一的选择。这也是之前他竭尽全力发现新的数据分析方法、帮助CERN调整试验计划的目的。

　　首先只有帮助CERN完成了希格斯玻色子的探索，LHC才会空出时间来完成关于暗物质的实验；其次他通过希格斯玻色子发现过程中的巨大贡献证实了自己的实力。让CERN按照自己的试验计划进行发现暗物质的实验有了可能。

　　当然，现在就立刻去CERN拿出自己的实验方案。让埃文斯博士根据这个方案开展实验还是不现实的，一则希格斯玻色子的实验尚未结束，CERN还需要更多的发现来让希格斯玻色子在统计学上达到确定存在的标准；二则吕丘建需要建立起属于自己的暗物质模型，如此才好从对撞机实验所反馈回来的庞大数据中发现被自己预言的那种暗物质粒子。

　　“胥夫特教授，我有一篇新的文章想让您帮忙看看！”吕丘建走进胥夫特教授的办公室，将论文放到他的桌子上。

　　“哦？是什么文章？关于希格斯玻色子的？”胥夫特教授擦了擦眼镜，接过吕丘建的论文，之前吕丘建在希格斯玻色子的发现过程中做了那么多工作，如果不刷几篇文章出来也有点太浪费了。

　　“关于实验的文章会由整个实验团队完成！这次我的文章是关于暗物质的！我设计了一种新的暗物质粒子模型。”吕丘建坐在椅子上等着教授先生的回复。

　　“暗物质啊！”胥夫特教授嘟囔着翻开了论文。