“失踪”的普通物质如何被发现 霍金博士论文开放引热议

　　原标题：“失踪”的普通物质如何被发现 霍金博士论文开放引热议

　　10月24日，英国 物理学家霍金将自己24岁时撰写的博士论文《膨胀宇宙的属性》（Properties of Expanding Universes）发布到了剑桥大学的开放获取数据库，不到24小时就被下载了将近6万次，甚至一度导致网站崩溃。而就在一个多星期前，双中子星系统并合引力波被人类首次探测到，这一天文学的伟大发现赢得了广泛的关注和赞誉。

　　不仅是霍金的论文和引力波，事实上，现今人类对宇宙的了解很多都和“宇宙大爆炸”理论有关，而宇宙中还有很多人类没能解开的奥秘。不久前天文学领域的另一发现同样不容忽视。《卫报》10月12日发表的一篇题为《天文学家找到宇宙中一半失踪物质》的文章介绍称，人类首次找到一部分“丢失”的普通物质，部分解开了宇宙学中最令人费解的谜题之一。

　　“失踪”的普通物质如何被发现

　　天文学家认为，宇宙是由普通物质、暗物质和暗能量组成的。简单来说，普通物质主要是看得见或摸得着的物质。从宏观角度看表现为行星、恒星和星系等，从微观角度看则表现为各种粒子。目前的科学界普遍认为，普通物质由原子组成，而原子由原子核和核外电子组成，而原子核由中子和质子组成；中子和质子都由三个夸克组成，电子则被认为是不可再分的基本粒子。关于物质的基本粒子，弦理论主张：弦更加基本，不同粒子只是弦的不同振动形式的表现。但是，基于弦理论做出的预测都未经实验证实，因而其正确性还有待验证。

　　《卫报》报道中称，科学家先前对宇宙大爆炸遗留下来的辐射进行测量，根据测量结果确定了宇宙中物质的种类及形式，即普通物质、暗物质和暗能量三种。最近的空间探测表明，普通物质约占总数的5%，暗物质约占25%，暗能量约占70%。然而，科学家计算宇宙中所有可观测到的物体（恒星、行星和星系等）后发现，它们似乎只占了普通物质总数的十分之一到五分之一。也就是说，五分之四到十分之九的普通物质没有被观测到，也即“失踪了”，这个现象被称为“重子失踪问题”（missing baryon problem）, 因为普通物质都是由质子和中子组成，而重子也是由质子和中子构成的。伦敦大学学院的天体物理学教授理查德·艾利斯（Richard·Ellis）对此说道：“人们都同意它们失踪了，这就提出了一个问题，它们到底在哪里？”

　　此前，天文学家已经发现许多缕高温、呈散射状的“气体”，这些“气体”把宇宙中的星系连接在一起（过去的一般观点认为星系之间是相互独立的），但是天文学家不知道那些“气体”是什么。科学家猜测，这些“气体”和失踪的重子存在着某些关联，从而推测失踪的重子可能漂浮在连接星系团的散射气体丝（gaseous filaments）或薄片（sheets）中。

　　提出猜测之后，科学家们就开始尝试对此进行验证，但十分困难。这些气状物被称为暖热星系际介质（Warm-hot intergalactic medium，简称Whim），温度应该在100万摄氏度左右。在这个温度下，这些呈丝状的“气体”不够热，无法释放出太多的能量，很难用X射线望远镜观测到。但又不够冷，导致其无法吸收足够的通过光线。

　　科学家只能另辟蹊径，首先假设大爆炸中遗留下来的光线经过热气体时，其中的一些光线与气体粒子碰撞发生散射，会在宇宙微波背景中留下暗淡的斑点或轮廓。科学家们使用普朗克卫星拍摄的微波背景图像验证了这一假设。然后，再利用斯隆数字巡天所制作的宇宙三维地图，选取出可能由丝状物连接的星系。最后，将普朗克图像组合在每个星系的周围的区域，使那些重子链能够被观测到。