北京
“我們對暗物質的了解，至今全部來自它的引力效應。”加拿大圓周理論物理研究所的研究員扎卡里·韋納說了這樣一句話。這句話的背景是，他和同事們剛在《宇宙學與天體粒子物理學雜志》上發表了一項研究，結論相當反直覺——給暗物質粒子之間增加一種額外的吸引力，非但不會讓宇宙結構加速聚集，反而在大多數情況下會抑制這種生長。
暗物質塑造了星系和宇宙的大尺度結構，靠的就是引力。但沒人確切知道，引力是不是暗物質唯一能感受到的力。一個容易產生的直覺是，如果暗物質粒子之間還存在著某種只有它們自己才能感知的、額外的吸引力，那它們理應聚攏得更快，形成更致密的結構。這樣一來，也許還能順手解釋一個天文學界的小疙瘩：現有觀測中，宇宙大尺度上的物質分布似乎比標準宇宙學模型預測的要更集中一些。
這些觀測上的“不協調”雖然不算大，但足夠讓物理學家們反復琢磨。一部分對遙遠宇宙的研究表明，宇宙早期的膨脹速度可能比標準模型預測的稍微慢一點。同時，對宇宙微波背景輻射——也就是大爆炸留下的“余暉”——的觀測則提示，在最大尺度上，物質的聚集程度可能比預期更高。兩件事湊在一起，催生了一個很自然的追問：標準宇宙學模型是不是漏掉了暗物質的某種屬性？
于是，“暗相互作用力”這個概念浮出水面。假設它只在暗物質粒子之間起作用，普通物質完全感知不到，那么它就有可能同時改變宇宙膨脹的歷史和星系等結構的形成過程。韋納團隊做的，就是把這種假設放到理論模型里，結合真實的宇宙學觀測數據，追蹤兩個彼此關聯的效應：額外的相互作用如何改變宇宙的膨脹史，又如何影響大尺度結構的生長。
結果就是前面說的那個反直覺發現。額外吸引力確實可以把暗物質粒子拉得更近，但它并不會加速宇宙結構在整體上的增長。論文的表述很明確：在檢驗過的大多數條件下，這種力對結構生長起的是壓制作用，而不是促進作用。研究者們原本最簡單、最直接的預期是，多給它一個吸引力，結構就該長得更快，而這項理論計算卻說，情況沒那么簡單。
這項工作的意義不在于找到了暗物質屬性的終極答案，而在于它劃出了一條邊界：即便你往模型里塞一個聽起來很合理的“隱藏力”，宇宙結構的行為方式也未必會朝著你預想的方向走。如果未來的高精度巡天觀測繼續和大尺度結構的標準預測頂著來，那物理學家們至少知道，給暗物質加一個簡單的吸引力，恐怕不是解開那個疙瘩的鑰匙。
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