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，但天文學家們在它所傳回的數據中找不到那些能解釋暗物質的遠古黑洞。

遠古黑洞站長精靈

當代天文學認為，我們所觀測到的所有物質加起來只占全宇宙質能（質量和能量）總量的約 5%，在剩余的 95% 中，暗物質占大概 27%，暗能量占大概 68%。雖然暗物質和暗能量兩個詞聽上去很神秘，但其實就是科學家們根據觀測數據按現有理論進行演算后發(fā)現，現有宇宙中如果沒有這些還未被觀測到的的質量和能量就會崩壞，比如整個星系會被拆散然后從現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和暗能量概念的當代宇宙學假說中，大多都有將可能的一些間接觀測證據囊括在內，而其中一個假設就借引力透鏡將暗物質解釋為了一種宇宙大爆炸后不久就誕生了的“遠古”黑洞。

由于宇宙中的暗物質與普通物質在總量上比例懸殊，由恒星坍縮而成的黑洞并不能產生這種量比，假說要求構成暗物質的黑洞由宇宙大爆炸后原始粒子湯中坍縮的波動形成，并認為這種原始黑洞可以具有任何質量。

雖然此前現有的觀測表明質量大的夸張的原始黑洞實際存在的可能性很低（不然能瞬間撕碎一整個星系），但理論上質量稍小一點的遠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鏡的現象。

目前，天文學家通過以可觀測的引力效應為基礎進行逆推，算出能被探測到的這種原始黑洞應具有三個質量分級，分別是太陽質量的一至十倍，太陽質量的十億分之一和低于太陽質量的千萬億分之一。

探索之旅

根據量子理論，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，之前提到過的三個質量分級中的最后一種（低于太陽質量的千萬億分之一，約 100 億噸）應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，但已經飛離太陽系的旅行者一號應該能做到這一點。

然而，自旅行者 1 號于 2012 年正式飛離太陽系以來，天文學家們至今沒能從它所傳回的數據中找到符合條件的正反粒子信號。同時，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遠古黑洞造成的引力透鏡現象，統計學分析表明宇宙中的大部分暗物質（60% 以上）應該都不是黑洞。

圖 | 旅行者 1 號（來源：NASA）

雖然這并不能完全排除暗物質由黑洞構成的可能性，但至少目前看來，暗物質的黑洞假說對天文學家們來說已經不是那么有吸引力了。

結語

相比之下，其他幾個比較主流的解釋暗物質的假說也都各有各的問題。

MACHOs（Massive Compact Halo Objects，暈族大質量致密天體）認為暗物質由一種體積極小的大質量不發(fā)光物質構成，雖然理論上可以通過引力透鏡進行觀測，但目前天文學家們對于“如何判斷觀測到的引力透鏡符合要求”還未能達成一致。WIMP（Weakly Interacting Massive Particles，大質量弱相互作用粒子）提出暗物質由一種假想粒子構成，只通過弱核力和引力與外界相互作用，而盡管天文學家們?yōu)樘綔y它們建造了很多昂貴的設備，目前人們還尚未發(fā)現與該粒子實際存在的證據。還有一種比較特立獨行的，名為“牛頓力學改良版”的假說，認為暗物質的存在是由現有理論的錯誤導致，并試圖提出一種改良版的力學理論系統來解釋暗物質的存在，但目前還未有人提出一個這種能解釋暗物質問題同時又能顧及宇宙演化過程的改良理論。

雖然暗物質當下的確算得上是一個未解之謎，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衛(wèi)星總設計師和國內暗物質探測團隊的宣講會，當時有聽眾問臺上的科學家是否相信暗物質的存在，那位科學家給出答案是“不”，并表示他認為人們可能會在追尋暗物質的路上發(fā)現別的什么東西，科學發(fā)現往往可能是“讓人意想不到的”。

或許，事實可能也會真的如此，暗物質存在與否的問題可能會像 19 世紀的“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論。用天文學家的話來說，暗物質可能還僅是真正問題的冰山一角，或許，當未來的物理學回顧我們這段歷史時，會覺得“這是一個開啟了新紀元，人們嘗試重新理解宇宙的新時代”。

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編輯：Peter，責編：Braden

參考：http:///news/2018/10/can-black-holes-explain-dark-matter