物質和反物質湮滅作用的「等效原理」

20世紀30年代初，加州理工學院的天體物理學家茲威基第一個發現，宇宙中的可見物質遠遠不足以把星系「捆成一體」，如果沒有一種神秘的、不可見的物質，那麼星系早已分崩離析，同理，如果宇宙中只有人類能觀察到的可見物質，那麼宇宙的各項參數將無法形成現有的數值，科學家將這種看不見的物質稱為「暗物質」。到了20世紀70年代，多種天文觀測，比如星系內星體的旋轉速度、星系團X射線觀測、引力透鏡等都顯示了暗物質的存在，但直到目前為止，還沒有探測到暗物質的信號。雖然科學家不知道暗物質究竟由什麼構成，但是通過普朗克和威爾金森各向異性探測衛星的數據分析，可以推斷：普通物質在宇宙中只佔5%，形成了太空中的各種星系，暗物質佔26.8％，其餘的宇宙成分則是暗能量。

本作者提出了暗物質的作用效應和可見物質的作用效應之間存在一種「等效原理」，這種物理哲學的推測主要基於以下兩點因素，第一：暗物質的奇特性質。暗物質與可見物質不能發生電磁作用，它不發光、不發出電磁波、不參與電磁的相互作用，無法用任何光學或射電觀測儀器直接探測到它們的存在。暗物質和可見物質能夠發生引力作用，天文學家有越來越多的證據表明，所有星系的周圍都存在不同規模的暗物質團塊，如果沒有暗物質的引力作用，星系的自轉無法保持下去。星系周圍的暗物質質量相當龐大，導致時空的大彎曲，來自遙遠星系的光線通過這一區域時會發生彎曲，科學家只要扣除可見物質產生的彎曲率，就可以反推暗物質的質量和位置。目前至少證實了在可見物質和暗物質之間存在引力作用效應的「等效原理」，可以用牛頓的萬有引力定律和愛因斯坦的廣義相對論對兩者進行一致性的描述。第二：暗物質正反粒子的湮滅作用與可見物質正反粒子的湮滅作用具有一致性。可見物質正反粒子的湮滅作用基本得到證實，在宇宙中存在少量的正電子和反質子，正電子和電子，反質子和質子能夠產生湮滅作用。斯密森尼天體物理中心天文台近日的觀測成果表明，在銀河系中心發現的過量伽瑪射線可能是由於暗物質正反粒子的湮滅作用引起的，暗物質的正反電子和正反質子在發生湮滅作用之後，可能產生大量高能的伽瑪射線輻射。

雖然存在一些可以證明可見物質作用性質和暗物質作用性質之間存在「等效原理」的證據，但是這些證據並不充分，因此，「等效原理」只能是一種物理哲學的猜想。隨著「暗物質物理學」觀測和研究向縱深領域發展，我們最終可以確定暗物質粒子的存在和它們的性質。中國在去年底發射的「悟空」號暗物質探測衛星是目前世界上觀測能段範圍最寬、能量解析度最優的探測器，超過國際上所有同類的儀器，將在太空中開展高能電子及高能伽馬射線探測的活動，探尋暗物質存在的證據，研究暗物質特性與空間分布規律。只有獲得了充分的證據，才能判定「等效原理」是否正確。暗物質來自於宇宙大爆炸和它首先形成了宇宙的絲狀結構，這些說法基本上也屬於科學的猜測，同樣需要天文觀測和物理實驗的證據，對暗物質粒子的探測屬於目前物理學前沿的熱點領域。

以「等效原理」為依據，我們還不能推測暗物質和可見物質具有同樣的物質結構，比如：原子對應「暗原子」、分子對應「暗分子」、星系對應「暗星系」、黑洞對應「暗黑洞」等等，儘管科學家之前提出了「暗星系」的概念，約翰·霍普金斯大學的天體物理學家提出了暗物質組成了LIGO團隊發現的一個合併黑洞的設想，實際上等於提出了「暗黑洞」的概念，儘管他們沒有使用這一術語。根據暗物質理論的模型，科學家實際上預測了「暗質子」和「暗電子」的存在，因為在暗物質湮滅的作用中，暗物質的正反質子和正反電子能夠發生湮滅反應，釋放高能的伽瑪射線輻射。僅憑現有的觀測成果和物理理論，我們還無法判斷一些命題的真實性，諸如：暗質子和暗中子構成了「暗原子核」，暗原子核和暗電子構成了「暗原子」，暗原子和暗原子構成了「暗分子」，暗分子的大量聚集構成了「暗分子雲」，暗分子雲在「等效引力」的作用下構成了「暗星體」和「暗星系」等等。總之，暗物質現象不是一朵「小烏雲」，而是一朵「大烏雲」，一朵「大烏雲」包含了很多的「小烏雲」，我們需要耐心地等待，只要我們始終懷有一顆哲學「可知論」的心境，終究能知曉其中的答案。

以「等效原理」為依據，我們雖不能推測暗物質的內部構造和外部結構，但是，我們也許能夠推斷一些其它的結論，或者得到一些其它的猜想，其中就有：暗引力波和暗電磁波。可見物質之間的相互作用可以發出電磁波，可見物質和時空的相互作用可以發出引力波，那麼，我們能不能設想，暗物質之間的相互作用可以發出「暗電磁波」，暗物質和時空的相互作用可以發出「暗引力波」昵？本作者在春暖花開的季節，第一次提出了一種猜想，即：引力波在經過大質量的引力場附近時，可能發生彎折現象，就像光線經過引力場時會發生彎折一樣。本作者在清明節到來之際，可以使用一下「等效原理」，進一步提出以下的猜想，即：暗引力波在經過暗物質的引力場附近時也可能產生彎折效應。還是考慮到「等效原理」的作用，可以認為暗引力波在經過可見物質的引力場附近時會發生彎曲效應，或者引力波經過暗物質的引力場附近時同樣會產生彎折現象。

一方面，自然的神奇奧妙往往超過了我們的想像，我們深感自身認識能力的不足；另一方面，我們也不能為了思想而思想，編造一些自然中根本沒有的存在和聯繫。什麼是檢驗科學真理的標準？唯有觀測和實驗才是檢驗自然真理的標準，只有得到驗證的理論才是真理，沒有得到驗證的預測只是一種猜想。本作者提出的「等效原理」和其中的推論肯定是一些多少有些合理成分的猜想。提出這些猜想也是為了在清明節到來之際，懷念那些已經逝去的親朋好友，他（她）們在本作者的生命歷程中留下了難以抹去的印記，讓本作者始終感受生命的短暫和美好，有一句話說的好：有些事情現在不做，可能永遠也不會做了。我們不可能做所有想做的事情，不可能表達所有想表達的思想，至少做了一些，表達了一些，為自己、也為社會傳達了正能量。在科學取得巨大進步的今天，我們更有可能成為一名知識的學習者和傳播者。

2016-3-30

（「principle of equal effects」can be applied from Matter"interaction to Dark Matter"interaction ）

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