寻找宇宙缺失的另一半重子

　　北京时间7月14日消息，据国外媒体报道，面对现实吧：直到现在，我们依然对宇宙几乎一无所知。当然，我们已经确定了一些事情，比如暗物质和暗能量的存在；我们也知道宇宙大爆炸，以及星系如何在数十亿年的过程中形成、演变。然而最痛苦的是，我们知道正常物质（构成星系、恒星、行星和我们自身的物质）只占宇宙所有质量和能量的5。
　　更糟糕的是，在这些正常物质中，还有一半我们仍然不知道在哪里。
　　宇宙普查
　　首先，我们必须先定义什么是正常物质。我们日常所熟悉的物体，如电视、家具，以及天文学家观测到的各种天体、分子云等，都属于常规物质。天文学家称这些物质为重子物质，因为它们主要由重子组成。所谓重子，即由三个夸克组成的复合粒子，最常见的重子就是原子核里的质子和中子。因此，尽管重子物质只是宇宙这个大游戏中的一小部分你可以消灭宇宙中的每一个星系，但宇宙历史的进程也会毫不含糊地继续下去）但却是我们最熟悉的，所以我们称它为正常。
　　目前，科学家还无法计算出宇宙中所有重子的数量，这一事实似乎来源于一个大胆的主张：科学家已经知道宇宙的组成，即使还无法找不到这些组成部分。不过，我们也有两大证据来帮助计算出所有重子的数量，即使还无法在望远镜中找到它们。
　　首先，科学家对宇宙诞生仅十几分钟时的物理学有了相当程度的了解。一百多亿年前的那个时刻，宇宙很小、很热、密度极大，足以让第一批质子和中子（重子）从原始汤中浓缩出来。科学家对核物理已经非常了解，足以制造发电用的反应堆（和杀伤力巨大的炸弹），因此可以做出适当的预测。这些预测告诉我们宇宙中应该存在多少重子，以及轻元素（如氦和锂）与氢的比例。目前观测到的比例与理论计算预测的相同，因此科学家有信心通过更加精确的计算，为宇宙的重子数量设定一个极限。
　　其次，科学家对宇宙微波背景辐射进行了深入研究。宇宙微波背景辐射是宇宙诞生后38万年时的一个壮丽光源，就在宇宙从等离子体冷却下来的时候被释放出来。凭借对等离子体物理学的足够了解，科学家对观测到的宇宙微波背景辐射和预测值进行了比较，这告诉了我们宇宙中已知的重子总数量。
　　在这两种情况下，计算的结果是一致的：占宇宙质量和能量的5。这就是宇宙能得到的所有重子。寻找重子
　　重子的压缩点燃了核聚变，构成了恒星。这些恒星最终聚集在一起形成巨大的宇宙结构：星系。在同样由重子组成的地球上，我们拥有相当明确的时间来计算宇宙中所有的恒星和星系，因为它们相对来说比较明亮，而我们制造望远镜的目的正是观测它们。
　　除此之外，我们还有一些计算重子的巧妙方法。我们可以观测穿过数十亿光年散射气体的光线。这些气体本身过于稀薄，无法被我们看见，但它们会吸收一些背景光，使我们能够估计出在巨大的气体云中存在着多少重子。
　　再进一步，我们可以通过背景光的细微弯曲来寻找昏暗、紧凑的物体，比如黑洞或一些流氓行星，它们也是由重子组成的，只是不太明亮。
　　总的来说，科学家已经能够解释宇宙中大约一半的重子，但这样的情况似乎有点尴尬。星系间的纤维
　　这一宇宙学难题的可能解释之一，是重子的确存在于某处，但没有像恒星那样发光，也没有足够的密度来形成引力透镜，或者吸收背景光。这些缺失的重子可能只是在自顾自地四处游荡，与任何特别有趣的物体都没有真正的联系。
　　而在更大的宇宙中，当你想远离星系的喧嚣时，你会来到宇宙的纤维状结构。这些纤维如同星系之间连接起来的又长又细的气体卷须，类似地球城市之间漫长而空旷的高速公路。
　　通过计算机模拟，科学家知道了这些纤维的存在，但要测量它们却困难得多，因为它们过于薄弱。不过，最新的技术正在向我们揭开这些纤维的奥秘。如果纤维中的气体温度足够高，那么来自宇宙微波背景的古老辐射在穿过纤维时就会被激活，从而在微波成像中形成一个名为苏尼亚耶夫泽尔多维奇效应（SunyaevZel‘dovicheffect，简称SZ效应）的热点。每根纤维产生的效果都非常小，几乎不可能测量，但如果将数百根纤维叠加在一起，就足以产生清晰的信号。
　　科学家正在逐渐发现这些纤维的信号。在我们的宇宙中，大约有一半的重子不愿在密集的星系中逗留，而宁愿徘徊在冷寂的星际空间。