這是EAGLE計劃模擬出來的宇宙網纖維結構示意圖。宇宙中大部分的“正常”物質可能就存在於這樣的纖維中。

      **重子都到哪裡去了？尋找宇宙“缺失”的另一半重子**

             -新浪科技-任天-2020年07月14日09:03

新浪科技訊北京時間7月14日消息，據國外媒體報導，面對現實吧：直到現在，我們依然對宇宙幾乎一無所知。當然，我們已經確定了一些事情，比如暗物質和暗能量的存在；我們也知道宇宙大爆炸，以及星系如何在數十億年的過程中形成、演變。然而最痛苦的是，我們知道“正常”物質（構成星系、恆星、行星和我們自身的物質）只佔宇宙所有質量和能量的5%。

更糟糕的是，在這些正常物質中，還有一半我們仍然不知道在哪裡。

宇宙普查

首先，我們必須先定義什麼是“正常物質”。我們日常所熟悉的物體，如電視、家具，以及天文學家觀測到的各種天體、分子云等，都屬於常規物質。天文學家稱這些物質為“重子”物質，因為它們主要由重子組成。所謂重子，即由三個夸克組成的複合粒子，最常見的重子就是原子核裡的質子和中子。因此，儘管重子物質只是宇宙這個大遊戲中的一小部分——你可以消滅宇宙中的每一個星系，但宇宙歷史的進程也會毫不含糊地繼續下去）——但卻是我們最熟悉的，所以我們稱它為“正常”。

目前，科學家還無法計算出宇宙中所有重子的數量，這一事實似乎來源於一個大膽的主張：科學家已經知道宇宙的組成，即使還無法找不到這些組成部分。不過，我們也有兩大證據來幫助計算出所有重子的數量，即使還無法在望遠鏡中找到它們。

首先，科學家對宇宙誕生僅十幾分鐘時的物理學有了相當程度的了解。一百多億年前的那個時刻，宇宙很小、很熱、密度極大，足以讓第一批質子和中子（重子）從原始湯中濃縮出來。科學家對核物理已經非常了解，足以製造發電用的反應堆（和殺傷力巨大的炸彈），因此可以做出適當的預測。這些預測告訴我們宇宙中應該存在多少重子，以及輕元素（如氦和鋰）與氫的比例。目前觀測到的比例與理論計算預測的相同，因此科學家有信心通過更加精確的計算，為宇宙的重子數量設定一個極限。

其次，科學家對宇宙微波背景輻射進行了深入研究。宇宙微波背景輻射是宇宙誕生後38萬年時的一個壯麗光源，就在宇宙從等離子體冷卻下來的時候被釋放出來。憑藉對等離子體物理學的足夠了解，科學家對觀測到的宇宙微波背景輻射和預測值進行了比較，這告訴了我們宇宙中已知的重子總數量。

在這兩種情況下，計算的結果是一致的：佔宇宙質量和能量的5%。這就是宇宙能得到的所有重子。

尋找重子

重子的壓縮點燃了核聚變，構成了恆星。這些恆星最終聚集在一起形成巨大的宇宙結構：星系。在同樣由重子組成的地球上，我們擁有相當明確的時間來計算宇宙中所有的恆星和星系，因為它們相對來說比較明亮，而我們製造望遠鏡的目的正是觀測它們。

除此之外，我們還有一些計算重子的巧妙方法。我們可以觀測穿過數十億光年散射氣體的光線。這些氣體本身過於稀薄，無法被我們看見，但它們會吸收一些背景光，使我們能夠估計出在巨大的氣體雲中存在著多少重子。

再進一步，我們可以通過背景光的細微彎曲來尋找昏暗、緊湊的物體，比如黑洞或一些“流氓行星”，它們也是由重子組成的，只是不太明亮。

總的來說，科學家已經能夠解釋宇宙中大約一半的重子，但這樣的情況似乎有點尷尬。

星系間的纖維

這一宇宙學難題的可能解釋之一，是重子的確存在於某處，但沒有像恆星那樣發光，也沒有足夠的密度來形成引力透鏡，或者吸收背景光。這些“缺失”的重子可能只是在自顧自地四處遊蕩，與任何特別有趣的物體都沒有真正的聯繫。

而在更大的宇宙中，當你想遠離星系的喧囂時，你會來到宇宙的纖維狀結構。這些纖維如同星系之間連接起來的又長又細的氣體卷鬚，類似地球城市之間漫長而空曠的高速公路。

通過計算機模擬，科學家知道了這些纖維的存在，但要測量它們卻困難得多，因為它們過於薄弱。不過，最新的技術正在向我們揭開這些纖維的奧秘。如果纖維中的氣體溫度足夠高，那麼來自宇宙微波背景的古老輻射在穿過纖維時就會被激活，從而在微波成像中形成一個名為“蘇尼亞耶夫-澤爾多維奇效應”（ Sunyaev-Zel'dovich effect，簡稱SZ效應）的熱點。每根纖維產生的效果都非常小，幾乎不可能測量，但如果將數百根纖維疊加在一起，就足以產生清晰的信號。

科學家正在逐漸發現這些纖維的信號。在我們的宇宙中，大約有一半的重子不願在密集的星系中逗留，而寧願徘徊在冷寂的星際空間。