當我們閱讀關於天體和天文事件的文章時,有時很難將科學家所說的發生在太空“那邊”的事情與地球“這邊”的生活聯絡起來。像暗物質這樣的奇異實體似乎對地球事務沒有任何直接影響。但在她的新書《暗物質與恐龍:宇宙驚人的相互關聯性》(Ecco,2015)中,粒子物理學家麗莎·蘭道爾提出了暗物質與導致大約6600萬年前恐龍滅絕的撞擊事件之間的聯絡。暗物質是一種神秘物質,據認為構成了我們宇宙的約 27%。儘管科學家們在很大程度上認為暗物質僅透過引力與其他物質相互作用,並存在於星系周圍球形的“暈”中,但蘭道爾認為,一部分暗物質不僅透過引力相互作用,還會經歷一種類似於電磁力的力,她稱之為“暗光”。透過與“暗光”的相互作用,這種奇異的暗物質子集可以形成一個不可見的盤,與我們銀河系中螺旋臂的可見盤重疊。這個暗盤可能中斷了一顆位於太陽系外緣的彗星的軌道,使其走上與地球碰撞的道路。
為了探索這種情景的可能性,蘭道爾的書籍涵蓋了包括粒子物理學、行星科學和宇宙學在內的多個科學領域。在她的恐龍滅絕理論的指導下,蘭道爾探索了我們眼皮底下最微小的粒子與支配宇宙的巨大結構之間被低估的聯絡。在下面的編輯後的文字記錄中,她與大眾科學談論了她的想法。
您關於透過“暗光”相互作用的特殊暗物質子集的理論與其他暗物質相互作用模型相比如何?
人們一直在爭論暗物質是否根本存在任何非引力相互作用。但[我的同事和我]認為,也許只有一小部分暗物質是這樣。正如普通物質僅佔宇宙中所有物質的 15% 一樣,也許有一小部分暗物質——甚至佔宇宙中物質的 5%——具有其自身的相互作用。它不是形成星系周圍球形暈的通常暗物質,而是一種新型暗物質。因此,你仍然有普通的暈,但此外,你還有這個暗物質盤。
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引用一種特殊的暗物質來解釋恐龍的滅絕乍一看,似乎違反了奧卡姆剃刀原則[哲學規則,該規則規定解釋應該儘可能簡單,涉及儘可能少的假設]。您如何將您的理論與該哲學調和?
對此有幾個答案:一個是,在暗物質的情況下,你可以問哪個更簡單:說暗物質像我們的物質一樣,由具有不同力[如“暗光”]的不同粒子組成更簡單,還是說暗物質只是一種沒有[非引力]相互作用的東西更簡單?對我來說,哪個是更合理的選擇並不明顯。另一個答案是世界是複雜的,所以奧卡姆剃刀原則並不總是最好的方法。
天體物理學家最終可以收集哪些觀測或證據來證明您描述的暗物質盤是否真實存在?
實際上,我在書中談到了相當多的測試,但可能最直接的實際上是尋找這個盤。我所說的尋找是指尋找它對銀河系——或任何其他星系——中其他恆星的引力效應。這實際上是我們現在正在研究的,並且 Gaia 衛星將提供更好的資料。
研究像暗物質這樣似乎籠罩著神秘面紗並且實際上你不可能看到的東西,是否會感到沮喪?
我們[作為科學家]嘗試做的一部分是找出“看到”它的方法。我的意思是,我們的眼睛只是看到事物的一種方式。僅僅因為我們在日常生活中沒有直接看到暗物質,並不意味著它不存在,並不意味著它不真實,甚至不意味著它是不可接近的。我在本書中的目標之一是解釋暗物質並不是那麼奇異的概念。它聽起來很奇異,但它實際上只是不與光相互作用的東西。因此,部分原因只是試圖讓人們進入一種心態,即擁有我們看不到但可以存在的東西似乎並不是一件奇異的事情。
作為一名粒子物理學家,研究和撰寫一本探討如此多不同學科的書籍感覺如何?
我喜歡學習這些新領域——已知和未知的內容,方法是什麼。我認為我對宇宙、星系、太陽系有了更豐富的看法。我特別喜歡更詳細地瞭解我們周圍的環境。作為一名粒子物理學家,我正在研究非常抽象的東西——將這些東西帶回家,瞭解它們對我們實際環境的意義,這很有趣。我真的很喜歡科學,但也喜歡講述故事並將其整合在一起,弄清楚這一切意味著什麼。
您希望讀者從閱讀本書中獲得什麼?
我認為,當我們欣賞我們今天所處位置背後的宏大歷史時,我們所有人的生活都會更加豐富。我的書是關於我和我的合作者提出的一個想法,它是關於暗物質的,但它也是關於宇宙、星系和太陽系中發生的許多聯絡和過程,這些過程使我們達到了今天的狀態。