恐龙灭绝与宇宙的奥妙——读丽莎·兰道尔“宇宙三部曲”

《暗物质与恐龙》，听着像是科幻小说，其实是一部正经又有趣的科普佳作。丽莎·兰道尔是一位“高冷”的科学家，作为美国普林斯顿大学物理系第一位女性终身教授，哈佛大学、麻省理工学院第一位女性理论物理学终身教授，2007年她还曾被《时代周刊》评为“100位最具影响力人物之一”。

发生在6600万年前的生物大灭绝，或许是某位“天外来客”突然迎头撞上地球的结果，这次灾难性事件导致了恐龙和其他生物的灭绝，同时开启了地球生命新的进化历程。有关恐龙灭绝原因的这个天方夜谭式的推断，已经得到许多确凿的证据。比如，科学家通过检验被6600万年前的河床掩埋的岩石地层，他们能够断定其中存在着含量异常大的铱。铱在地球上很少被找到，但在地外天体（如流星）中经常被发现。

丽莎·兰道尔考察了大量的陨石坑记录，材料有力地支撑了以上推断。进一步的论述更有意思。兰道尔发现，众多小行星的瀑布式碰撞造成的陨石坑数量很大，但它们的行为是无序的，对周期性的研究应有更大的科学价值，而真正具有周期性的只能是彗星，而且只能是那些从遥远的奥尔特云飞来的彗星。结论从何而来？

太阳系最外围就是奥尔特云，我们可以将其想象成一个由很多较小天体组成的，可能延伸至超过5万倍日地距离处的球状天体。太阳的引力让这些天体保持在它们的轨道上，但在某些情况下，在某些周期性的时间点，有些天体会脱轨逃逸并变成彗星。为何如此？恒星扰动和银河系潮汐说的解释很有道理。

但是，有个情况让科学家们深受困扰，因为恒星扰动和潮汐说都只能产生缓慢的变动，但无法造成“临门一脚”的戏剧性效果。在那个瞬间，促成逃跑成功的“主谋”，是否还有其他？是的，现在还不能明确它们都是谁，只能笼统地暂且称之为“暗物质”。科学研究表明，由于暗物质和它自己以及其他物质不发生除了引力以外的作用，它是促使宇宙膨胀时在自身引力下形成特定结构的首要物质类型。

2002年，19名权威物理学家和天文学家联合执笔，向美国国家研究委员会提交了一份报告，列出了新世纪要解答的11个科学问题，其中“什么是暗物质”列在第一位。报告同时建议美国政府研究机构加强协调，集中资源为这些难题寻找答案。美国建造超导超级对撞机的计划后来因为造价昂贵以及政治集团之间的矛盾而流产。欧洲的大型强子对撞机是当今唯一的极高能加速器。兰道尔和很多科学家都积极投入有关对撞机的观察分析，让与此有关的讨论日益进入公众的视野。

结合欧洲大型强子对撞机的最新进展，从对撞机相互作用着的粒子的有趣迹象之中，观察它们能否为隐藏其中的引力与其他相互作用力的潜在本质提供重要的线索。这些信号本身也许最终可以阐明引力的某些性质。兰道尔反复提到了一个关键词——尺度。兰道尔说：“在小到无人测量过的尺度，以及高到无人探索过的能标上揭示物质结构之谜。”兰道尔被媒体评价为“挑战爱因斯坦”，就是因为她认识到了，我们可以用一种简洁的、精致的方式简化庞大的信息量。物理学基本定律在高维度之中可以表现得更为简单。

在对宏观世界和微观世界这两个极端尺度的研究中，科学都取得了令人吃惊的进展。对微观世界的描述，定义了最小的已知物质粒子和它们相互作用的方式。长久以来，粒子物理学家们一直怀疑未发现的微观世界要比已发现的更加丰富。尽管我们理解粒子和它们的相互作用，我们却并不知道究竟是什么基本物理机制决定了每个粒子的质量。强子对撞可以提供观察的契机，尽管只是短短的一瞬。我们有理由怀疑当前的粒子世界模型，实际上是嵌套在一个更普适的模型之中，而隐形的暗物质可能正是具有合适属性的新型粒子。

中国要不要建造大型强子对撞机？目前因各种条件限制，尚未达成一致意见，但在这个领域的研究并未放松。2015年12月17日“悟空”号暗物质粒子探测卫星的发射成功，表明我们的宇宙探索之旅又跨出了重要的一步。

新闻推荐

“引才”深挖外源精准引进高精尖人才 □本报记者董学宏通讯员张喆

企业需要引进什么样的人才,只有让其了解掌握各项人才政策、人才申报条件、范围及优惠奖励政策后才能确定方向。日前,记者走进周村一村空调,正遇到南郊镇党委委员董建宝正拿着《企业人才...