人类从未停止过对宇宙的探索。西方科学传统中,最早建立的宇宙理论当属公元2世纪古希腊学者托勒密的“地心说”,这一学说被信奉了1400年,影响深远。16世纪,哥白尼提出“日心说”,按照库恩的说法,科学革命产生了。之后,人们的视野不断扩大,有了恒星世界、银河系等等概念。20世纪初,爱因斯坦的广义相对论和引力场方程开启了人类认识宇宙的新视野,现代宇宙学由此走向科学的前沿。也正是宇宙学与粒子物理学相交汇,大爆炸宇宙观得以产生和发展,不断揭示着宇宙起源及演化的奥秘。
认为宇宙起源于大约137亿年前一次大爆炸的理论已经获得了大量的证据支持,比如宇宙微波背景辐射的存在。根据这一理论,大爆炸之后,应该会产生相同数量的物质与反物质。然而,物质世界产生了,反物质世界却迟迟没有现身。反物质的概念来源于1928年狄拉克预言的“反粒子”,1932年安德森找到了正电子。暗物质也在同期由天文学家扎维奇提出。大爆炸理论更激起了人们对反物质和暗物质研究的热情,本期报道的“我的探索之路”,就以访谈的形式介绍了实验科学家丁肇中利用“太空版CERN”寻找反物质和暗物质的历程。
丁肇中先生是为数不多的在获得诺贝尔奖后依然活跃在科学前沿的科学家之一,1974年,丁肇中发现J粒子,与里希特分享了1976年诺贝尔物理奖,之后他在探寻反物质的科学征程中投入极大精力,在他的不懈推动下,利用国际空间站进行宇宙探测的阿尔发磁谱仪(AMS)实验于1995年得以正式启动。其后18年里,受美国航天科学政策的影响,AMS实验充满曲折和变数,是机缘更是由于丁肇中的坚持和实验本身的说服力,使得AMS-02终于在去年5月登上国际空间站,开始了漫漫巡天之旅。一年多过去了,目前的探测情况如何呢?
《世界科学》的老朋友、资深科学记者姚诗煌先生继去年8月之后,再次应丁肇中邀请前往欧洲核子中心访问,为我们带来了实验的最新消息。到今年8月,AMS-02收集到的数据已有180亿个之多,远远多于过去100年间收集到的所有宇宙射线数据的总和。有关暗物质、反物质以及其他新发现的数据正在被逐个分析,银河系的中心已经发现了几千亿电子伏的高能量正电子流,反碳、反氦、反铅也在寻找之中。AMS实验打开了一扇从太空观测宇宙射线的新门,近期或将发布第一个结果。
暗物质和反物质研究是物理学的基本问题,丁肇中和他的团队仅就一个实验已经坚守了18年。正如在本期纪念《科学革命的结构》发表50周年文章中所阐述的,库恩赞赏“新范式”取代“旧范式”的科学革命,但对常规科学依然倾注了大量的热情,认为常规科学“具有解决疑难的执着”以及“必然催生引发理论危机的异常情况”,丁肇中“做一件事情”,“一步一步向前走”的执着正是科学和人类得以不断前行的动力。
本刊编辑部