恐龍滅絕與宇宙的奧妙——讀麗莎·蘭道爾“宇宙三部曲”

《暗物質與恐龍》， 聽著像是科幻小說， 其實是一部正經又有趣的科普佳作。 麗莎·蘭道爾是一位“高冷”的科學家， 作為美國普林斯頓大學物理系第一位女性終身教授， 哈佛大學、麻省理工學院第一位女性理論物理學終身教授， 2007年她還曾被《時代週刊》評為“100位最具影響力人物之一”。

發生在6600萬年前的生物大滅絕， 或許是某位“天外來客”突然迎頭撞上地球的結果， 這次災難性事件導致了恐龍和其他生物的滅絕， 同時開啟了地球生命新的進化歷程。 有關恐龍滅絕原因的這個天方夜譚式的推斷， 已經得到許多確鑿的證據。

比如， 科學家通過檢驗被6600萬年前的河床掩埋的岩石地層， 他們能夠斷定其中存在著含量異常大的銥。 銥在地球上很少被找到， 但在地外天體（如流星）中經常被發現。

麗莎·蘭道爾考察了大量的隕石坑記錄， 材料有力地支撐了以上推斷。 進一步的論述更有意思。 蘭道爾發現， 眾多小行星的瀑布式碰撞造成的隕石坑數量很大， 但它們的行為是無序的， 對週期性的研究應有更大的科學價值， 而真正具有週期性的只能是彗星， 而且只能是那些從遙遠的奧爾特雲飛來的彗星。 結論從何而來？

太陽系最週邊就是奧爾特雲， 我們可以將其想像成一個由很多較小天體組成的， 可能延伸至超過5萬倍日地距離處的球狀天體。

太陽的引力讓這些天體保持在它們的軌道上， 但在某些情況下， 在某些週期性的時間點， 有些天體會脫軌逃逸並變成彗星。 為何如此？恒星擾動和銀河系潮汐說的解釋很有道理。

但是， 有個情況讓科學家們深受困擾， 因為恒星擾動和潮汐說都只能產生緩慢的變動， 但無法造成“臨門一腳”的戲劇性效果。 在那個瞬間， 促成逃跑成功的“主謀”， 是否還有其他？是的， 現在還不能明確它們都是誰， 只能籠統地暫且稱之為“暗物質”。 科學研究表明， 由於暗物質和它自己以及其他物質不發生除了引力以外的作用， 它是促使宇宙膨脹時在自身引力下形成特定結構的首要物質類型。

2002年， 19名權威物理學家和天文學家聯合執筆，

向美國國家研究委員會提交了一份報告， 列出了新世紀要解答的11個科學問題， 其中“什麼是暗物質”列在第一位。 報告同時建議美國政府研究機構加強協調， 集中資源為這些難題尋找答案。 美國建造超導體超級對撞機的計畫後來因為造價昂貴以及政治集團之間的矛盾而流產。 歐洲的大型強子對撞機是當今唯一的極高能加速器。 蘭道爾和很多科學家都積極投入有關對撞機的觀察分析， 讓與此有關的討論日益進入公眾的視野。

結合歐洲大型強子對撞機的最新進展， 從對撞機相互作用著的粒子的有趣跡象之中， 觀察它們能否為隱藏其中的引力與其他相互作用力的潛在本質提供重要的線索。 這些信號本身也許最終可以闡明引力的某些性質。

蘭道爾反復提到了一個關鍵字——尺度。 蘭道爾說：“在小到無人測量過的尺度， 以及高到無人探索過的能標上揭示物質結構之謎。 ”蘭道爾被媒體評價為“挑戰愛因斯坦”， 就是因為她認識到了， 我們可以用一種簡潔的、精緻的方式簡化龐大的信息量。 物理學基本定律在高維度之中可以表現得更為簡單。

在對宏觀世界和微觀世界這兩個極端尺度的研究中， 科學都取得了令人吃驚的進展。 對微觀世界的描述， 定義了最小的已知物質粒子和它們相互作用的方式。 長久以來， 粒子物理學家們一直懷疑未發現的微觀世界要比已發現的更加豐富。 儘管我們理解粒子和它們的相互作用，

我們卻並不知道究竟是什麼基本物理機制決定了每個粒子的品質。 強子對撞可以提供觀察的契機， 儘管只是短短的一瞬。 我們有理由懷疑當前的粒子世界模型， 實際上是嵌套在一個更普適的模型之中， 而隱形的暗物質可能正是具有合適屬性的新型粒子。

中國要不要建造大型強子對撞機？目前因各種條件限制， 尚未達成一致意見， 但在這個領域的研究並未放鬆。 2015年12月17日“悟空”號暗物質粒子探測衛星的發射成功， 表明我們的宇宙探索之旅又跨出了重要的一步。