日月星辰并不是宇宙的全部

我们看到的日月星辰并不是宇宙的全部。在浩缈的时空中还有一种我们根本就看不到的物质。这种物质我们无法观测，却能通过天体观测数据的差异感觉到它的存在，但无法知道它到底是什么。科学家们把这种神秘的物质称作暗物质。暗物质不发光，也不发出电磁波，从来没有被直接“看”到过。中科院院士吴岳良说，根据最新天文观测结果，宇宙是由27%的暗物质、68%的暗能量和5%的普通物质组成的。揭开暗物质的谜底很可能会引发科学上的革命。

暗物质无处不在。有人推测，平均1立方米的空气中可能就有上千颗暗物质粒子。然而，要探测到它们并不容易。暗物质不带电荷,也没有电磁相互作用,能毫无阻碍地穿透障碍物,不着痕迹地从身边飞走。可谓来无影去无踪。如何让暗物质现出原形，科学家仍然无计可施。

2017年11月29日，《自然》杂志在线发表的中国科学家的一项研究成果宣称，“悟空”卫星获得的世界上最精确的高能电子宇宙射线能谱，将对判定能量低于1万亿电子伏特）的电子宇宙射线是否来自于暗物质起到关键作用，并有可能为暗物质的存在提供新证据。

  这个说法有点过于乐观，在也许根本就不产生任何宇宙射线的暗物质中，试图通过甄别某种宇宙来识别暗物质的努力，可能从一开始就犯了方向性的错误，结果会一无所获。

暗物质遍及宇宙的判断，源自于两种不同的方法在观测同一天体时计算结果产生的明显差异。这两种方法在可靠性方面都无可置疑。其结果差异的唯一可能的解释就是暗物质的存在。

天文学上有两类测量天体质量的方法：光学方法和力学方法。光学方法测量的是天体的发光强度，由光强可以计算出发光物体的总质量；力学方法得到的质量是引力质量，也就是天体的全部质量。研究发现，力学方法测到的质量总是大于光学方法测到的质量。

通过实验来探测暗物质是当今的前沿热点课题，相关领域的突破将大大推进我们对宇宙的认识，包括宇宙的归宿是什么。

中子对人们来说并不陌生。中学的化学课程里就讲过中子。不过，化学课中子留给人们的印象并不深。因为，中子不参与任何化学变化。中子除了在原子核里充数增加元素的原子量以外，似乎是个没有多大用处的陪衬。可是，就是这种看似无关紧要的基本粒子，却是世界上千姿百态的各种物质的源头。世界上形形色色的物质都是由中子衍生出来的。

中子是自然界具有牛顿力学特征的最小物质单元。牛顿力学特征包括以下几个方面:第一，具有确定的质量。第二，彼此间存在相互作用的万有引力。第三，在空间中只做惯性运动。第四，彼此相遇发生的是没有机械能损失的弹性碰撞。

中子的质量很小，其产生的万有引力十分微弱。两个中子之间的万有引力根本不足以把它们聚合在一起。很多中子是以单个独立的方式存在的。这种单个独立的自由中子与暗物质的主要特征相吻合，构成了暗物质的主要成分。

中子无色无味，无法通过感官感知其存在。中子是电中性的，对电磁场的作用没有任何反应，既不会被加速，也不会发生运动轨迹的偏转，以至于无法借助任何仪器观测其有无。只能通过理论计算判断其是否存在，利用间接的方式确认其有无。单个独立的自由中子弥漫于所有空间，是宇宙中数量最多的物质，也是人们了解最少的物质，直到今天，人们仍没有找到一种观察中子的有效方法，也无法看到所谓的暗物质的真面目。

在自然界，自由中子大量存在，并且相当稳定，从其自身来说，几乎没有任何发生变化的理由。这与人们在有限的实验中观察到的情况很不一致。在这种理论和实验发生冲突的情况下，人们选择了尊重事实，得出了这样一种结论:在原子核外，自由中子性质不稳定，寿命约为15分钟。中子衰变时释放一个电子和一个反中微子而成为质子，这就是所谓的β衰变。正确的结论肯定要有事实依据，可是从事实出发却不一定都能得出正确的结论。关于自由中子不稳定的结论就有点草率。相关的实验事实只是证明了中子的确可以发生蜕变，分解成质子、电子和中微子。但并不能说明只要中子从原子核中脱离出来，在所有情况下中子都要发生蜕变。而只能说，在满足类似实验条件的情况下，中子会发生蜕变，而在其他情况下，中子是否发生蜕变通过现有的方式的有限实验，结果是不得而知。实际上，中子的蜕变是有条件的，中子在什么条件下不稳定，这个不稳定区间如何确定，至今还没有有效的方法。在通常情况下，人们检测不到自由中子，不一定是自由中子真的不存在，而更大的可能是受到观测手段的局限。自由中子是真实存在的有形物质，只是由于人们观察手段落后，便变成了充满神秘色彩的暗物质。这有点像F117战斗机，只是由于敌人的雷达看不到，就成了隐形飞机。同样的道理，如果所有的物质都变成了自由中子，整个宇宙就在人们的眼前湮灭了。这不过是隐形原理给人造成的幻觉。

纯粹由自由中子构成的世界单调而乏味。这个世界发生的唯一变化就是中子们的位置移动。所有的自由中子都处于匀速直线运动状态，每个中子的运动速度都不尽相同，运动方向也各行其是。这一切都只有在与其他中子发生碰撞时才得以改变。中子的运动速度和运动方向是由上一次碰撞决定的。在这个碰撞过程中，有的中子的运动速度会加快，有的中子的运动速度则会变慢。究竟是变快还是变慢，取决于这个中子遇到的撞击对象的运动状况。如果遇到的另一个中子运动速度更快，则会加速，遇到更慢的中子，则会减速。其运动速度和方向的改变都是不确定的。

从微观上看，中子做的是运动方向不规则的布朗运动，在宏观上则表现为中子的平均运动速度与绝对温度之间具有同步递增关系的热运动。速度较低的中子十分稳定，不会轻易发生变化。而速度较高的中子稳定性降低，会发生β衰变，通过释放一个电子和一个反中微子而变成质子。β衰变把中子电离成带正电荷的质子和带负电荷的电子，使物质存在的方式由一盘散沙式的自由中子转变成由质子和电子组成的等离子体。等离子体是一种正负离子气体状组合。但等离子体不是气体，是物质除固态、液态、气态三种存在形式之外的第四种形态。普通气体由分子构成，只有在分子发生相互碰撞时，分子之间的相互作用力才能体现出来。等离子体的成分是带电粒子，带电粒子之间的作用力是库仑力，在库仑力的作用下，带电粒子按正电荷或负电荷集中，产生电场，并在电荷移动过程中产生磁场。在电磁场的作用下，等离子体会发出极强的热辐射。

中子电离后形成的等离子体虽然在成份上与氢原子相同，却和氢原子不是一回事。氢原子中电子与质子间的距离小于原子半径，整个氢原子呈电中性。而中子产生的等离子体电子与质子间的距离大于原子半径，呈现电极性。并且，我们可以把它称作氢等离子体。

中子发生的电离带来了一系列新的变化。在只存在自由中子的情况下，中子的空间分布是随机的，有的地方密度大，有的地方密度低，但无论密度的高低，都不存在把物质凝聚起来的核。在密度比较大的地方，中子互相碰撞的频率很快，一些中子在连续叠加的碰撞作用下获得了更高的运动速度，自身开始变得不稳定，蜕化成氢等离子体。这些新产生的氢等离子体聚集在一块，形成了凝聚核，对自由中子的万有引力成倍增加。对周边的粒子产生了更强的吸附作用。

自由中子在不发生碰撞的时候做匀速直线运动，在这个过程中，中子是否自旋，是不确定的。氢等离子体产生以后，形成了电力矩，在电力矩的作用下，氢等离子体开始自旋。其自旋方向是任意的。多个氢等离子体聚集在一块形成凝聚核以后，所包含的所有氢等离子体的自旋变得同步，导致凝聚核整体自旋。并且，凝聚核内同步自旋数量越多，凝聚核寿命越长、越稳定。当凝聚核内的数量达到一定水平时，这种凝聚核便成了永久性的了。自旋由此成为宇宙内包括尘埃在内的所有天体运动的共同特征。大型天体的自旋带动了小型天体围绕其旋转，在宇宙中形成了一个又一个大大小小的漩涡。天体的运动轨迹也不再是一条永无尽头的直线，而是一条中心不断移动的螺旋线。而宇宙的形状，则复杂得超出了人们的想象。