今天這書有意思了，光聽這名字《暗物質與恐龍》，就讓我的好奇心爆棚了，一起來滿足好奇心吧。
暗物質，是一個物理學的概念；而恐龍，早已滅絕，只能在博物館見到它們的化石，是古生物學的研究對象。這兩個東西八竿子都打不到一塊兒，怎麼把它們聯繫到一起了呢？這本書其實是回答了這樣一個問題：到底什麼才是殺死恐龍的真兇？傳統觀點認為，是隕石撞擊造成了恐龍的滅絕，但這本書卻認為“隕石撞擊說”是不完美的，暗物質，才是恐龍滅絕的真正原因。但暗物質看不見摸不著，也不和普通物質發生相互作用，這樣一種幾乎虛無的東西，是怎麼殺死強大的恐龍的呢？
“暗物質謀殺恐龍”，雖然聽著有點不靠譜，但提出這個理論的，其實是一位貨真價實的科學家，那就是本書的作者麗莎·藍道爾，我先給你介紹一下她吧。麗莎·藍道爾是美國的一位女性物理學家，身兼哈佛、麻省理工、普林斯頓三所頂級名牌大學的物理系終身教授職位。藍道爾的研究領域，主要集中在粒子物理、弦理論、額外維度理論等方面。“第五維空間”理論，就是藍道爾最先提出來的。
這個理論是怎麼回事呢？我們知道，按愛因斯坦的廣義相對論來說，人類是生活在“四維時空”裡的，就是三維空間再加上一個時間維。但是藍道爾提出，除了這四個維度之外，宇宙還存在一個額外的維度，就是第五維空間，但這種空間結構我們人類想象不出來，只能用數學來描述。也因為這個理論，藍道爾被人們稱為“挑戰愛因斯坦的理論物理學家”。
除了搞科研，藍道爾還寫科普圖書，結果一寫就成了《紐約時報》超級暢銷書作家。藍道爾有不少科普著作，這本《暗物質與恐龍》就是其中最受歡迎的。這本書之所以受歡迎，原因在於它有一個特點：它雖然是科普著作，但讀起來卻像偵探故事。這話不是我說的，是著名物理學家、諾貝爾獎獲得者基普·索恩對本書的評價，而索恩就是科幻大片《星際穿越》背後的科學顧問。為什麼說這本書像偵探故事？因為它是用一個個已經被證實的科學事實，加上嚴密的邏輯推理，最後得出了一個令人震驚的結論，那就是暗物質謀殺了恐龍，這就和偵探破案的過程很類似。
我們先來看看“案發現場”吧，也就是6600萬年前恐龍滅絕的時候發生了什麼。那時候發生的事情可以用一個詞來概括，那就是“物種大滅絕”。這個概念非常重要，因為它是本書理論體系的出發點，也是最終的落腳點。藍道爾教授建構這套理論的目的，不僅僅是為了解釋恐龍這一個物種的滅絕問題，更是為了解釋整個“物種大滅絕”的發生機制。而恐龍滅絕，只是物種大滅絕的一環。
所謂的“物種大滅絕”，就是指在一個比較短的時間範圍內，和比較大的地理範圍內，生物數量和種類急劇下降的事件。歷史上的物種大滅絕事件至少發生過20多次，聽起來很可怕吧，其中最著名的物種大滅絕有5次。當然我們只需要關心5次中的最後一次，也就是發生在6600萬年前的“白堊紀末期物種大滅絕”，因為恐龍就是在這一次物種大滅絕中消亡的。當然嚴格來說不是所有的恐龍都滅絕了，有些學者認為部分會飛的恐龍活了下來，最後演化成了鳥類。
關於物種大滅絕這件事本身，有兩點是值得關注的。第一是它持續的時間，雖然剛才說物種大滅絕發生在“較短的時間範圍內”，但這個“短”是相對於地質年代來說的。對於人類來說這個“短”其實很長，一次物種大滅絕可以持續幾百萬年，所以物種大滅絕不是一個瞬間性的概念。如果在一段時間內，沒有發生什麼災難性事件，但物種形成的速率遠遠低於物種消亡的速率，這也叫物種大滅絕，比如我們目前的時代，其實就正處在一次無聲無息的物種大滅絕中。科學家估算，正常的物種消亡速度是平均每年有一個物種滅絕，但實際上，我們今天的物種滅絕速度是這個平均值的幾百倍。
第二點要注意的是，物種大滅絕在地球生命史上佔據了絕對統治地位，我們不要以為生存是一件輕輕鬆鬆、理所當然的事情。據科學家推算，自地球誕生以來，曾經出現過的生物已經滅絕了超過98%。這是一個非常恐怖的比例，等於說幾乎所有出現過的物種都滅絕了。可見，生存本身是一種特殊的幸運，滅絕才是生命的常態。
現在我們說回到6600萬年前的白堊紀物種大滅絕，白堊紀末期到底發生了什麼，是什麼導致了那一次物種大滅絕的發生？這個問題的答案曾經眾說紛紜，相信你多多少少聽說過，比如說火山活動、氣候變冷或變暖、海平面上升或下降，還有說缺氧的，而其中最關鍵的一個假說是隕石撞擊說。“隕石撞擊說”認為6600萬年前，直徑大約10公里的隕石，以比火箭還快幾倍的速度撞上了地球，位置在墨西哥的尤卡坦半島，撞擊釋放的能量相當於摧毀廣島和長崎的原子彈能量的10億多倍，這次撞擊造成了全球四分之三的物種滅絕，其中就包括了恐龍。
這些假說曾經誰也說服不了誰，吵個沒完沒了，直到一個關鍵證據出現。這個證據一出來，就以摧枯拉朽的方式終結了這場紛爭，它完美地證明了隕石撞擊說的正確性。最後，在2010年的時候，41位科學家聚在一起開會，會議的內容就是把隕石撞擊說由一個“假說”確立為明確的科學結論，就連那些曾經反對隕石撞擊說的科學家，都紛紛為隕石撞擊說站臺。
那麼這個如此強大，能讓眾多科學家信服的證據究竟是什麼？其實它就是我前面提到的3條關鍵線索的第一條，那就是——銥元素。
銥，是地殼中最稀有的元素之一。我們平常認為已經夠稀有的“金”元素，在地殼中的含量是銥的40倍，可見銥多麼稀有。地球表面的銥元素主要來自宇宙塵埃的沉積，由於沉積是緩慢而且恆定的過程，所以銥在地層中的分佈也應該是比較均勻的。但事實真的如此嗎？
美國加州大學伯克利分校的科學家在意大利、丹麥的幾個地方發現，這幾個地方的銥元素含量是它周圍土壤的幾十倍，最高可達160倍。而且科學家測量土壤的年齡後發現，這些銥元素幾乎都不約而同地分佈在白堊紀末期形成的黏土層中。遠超平均含量的銥元素，在白堊紀末期突然同時出現在地球上，這肯定不是巧合。科學家在排除了眾多解釋後，認為只有一個解釋是合理的，那就是隕石撞擊。因為銥元素在地表雖然稀少，但在隕石中含量卻比較高，只有隕石的撞擊才能讓這麼多的銥元素同時出現在地球的不同地方，這也成了隕石撞擊說成立的決定性證據。
我們總結一下恐龍滅絕的第一條線索。我們講到了，對於地球生命史而言，滅絕是常態而非特例。導致物種大滅絕的可能有好幾種，最終“銥元素”的出現讓“隕石撞擊說”脫穎而出擊敗了其他理論。因為銥太稀少了，卻在同一時間集中出現，只可能是由地外隕石帶來的。“銥元素”也是我們推理出“暗物質殺死恐龍”的第一條關鍵線索。
說完了第一條關鍵線索，這案子看上去就已經破了，科學家確定，就是隕石殺死了恐龍。那你可能會問了，不是說殺死恐龍的是暗物質嗎，怎麼又變成“隕石撞擊”這樣的老生常談了？其實，藍道爾教授本人是認可隕石撞擊說的，但她認為這個理論不完善。隕石的確是恐龍滅絕的直接原因，但並非根本原因。因為還有一個幽靈般的存在沒有得到解釋，讓藍道爾懷疑這起案件的真兇另有其人，那就是——週期性，這也是本案的第二條關鍵線索。
這個週期性是什麼意思呢？我們之前講過，物種大滅絕對於地球生命史而言是一種常態，生命為什麼會如此脆弱？出現過的生物98%都滅絕了，這麼巨大的比例不像是隨機形成的，藍道爾懷疑這背後隱藏著一套滅絕機制在起作用。如果能找出這種滅絕機制，不僅可以解釋恐龍的滅絕，還可以解釋很多其他生物的滅絕。科學就是這樣，不滿足於解釋表面的因果，而是要發現深層的規律。
在藍道爾之前，科學家們已經做了一些有益的探索，他們把大大小小的20多次物種大滅絕的時間列成表格，發現了一個驚人的秘密，那就是，物種大滅絕的時間是有規律的，它存在週期性。每隔3000萬年左右就會發生一次物種大滅絕，當然這個3000萬年是一個約數，會上下浮動一點。
接著又有科學家整理了歷史上大型隕石的撞擊記錄，發現大型隕石的撞擊也有周期性，而且這個週期和物種大滅絕的週期，是高度重合的，也在3000萬年上下浮動。於是一個推論很自然地就形成了：週期性的隕石撞擊，導致了週期性的物種大滅絕。
但事情還沒完，這種週期性是怎麼形成的？是什麼東西讓隕石的撞擊遵循這麼精確的週期呢？藍道爾認為要搞清楚隕石撞擊的週期性，首先要知道這些隕石是從哪裡來的。而不同的隕石來源也不同，所以得先確定隕石的分類。撞擊地球的隕石主要分為兩類，一類是小行星，還有一類是彗星。小行星和彗星有什麼區別呢？小行星的主要成分是石頭，彗星既有石頭又有冰塊。小行星體積大速度慢，彗星體積小速度快。但這都不是主要區別，最大的區別是：彗星穿過地球軌道，有明確的週期，但小行星沒有明確的週期性。你看，又提到了週期性，這就很關鍵了。因為彗星比小行星更符合“週期性”這個特點，所以藍道爾認為造成物種大滅絕的隕石，應該是彗星而不是小行星。
把小行星排除掉的好處，就是我們就可以明確隕石的來源地了，因為太陽系的彗星大多儲備在一個地方，那個地方叫作“奧爾特雲”，是一個包圍著太陽系的球體雲團。奧爾特雲距離地球非常遠，光線從那裡到地球都至少需要跑1年，可以說是太陽系的最遠端。這就很有意思了，什麼力量可以讓彗星從太陽系的最外面跑到最裡面來呢？
作者認為，奧爾特雲距離太陽十分遙遠，所以這裡的彗星受到太陽的引力已經很微弱了，它們在軌道上處於一種搖搖欲墜的平衡狀態，稍微有一點來自其他天體的引力擾動，就會讓這些彗星脫離軌道，進入內太陽系，甚至向地球飛過來。那麼這種造成引力擾動的引力源，究竟是什麼呢？
這個問題不僅困擾了藍道爾，也困擾了整個天文學界很多年。為了解釋週期性的彗星雨，天文學界提出了許許多多的理論。我先給你講講其中最震撼、最有想象力的一種，這個理論叫作“復仇女神假說”。復仇女神假說最驚人的地方在於，它提出，太陽系其實有兩顆太陽！也就是說，太陽是一個雙星系統，擁有一顆叫作“內梅西斯”的伴星，內梅西斯就是希臘神話中復仇女神的名字。這個假說並非異想天開，因為在宇宙中，雙星系統是非常普遍的，甚至可能比單星系統還多。既然有兩顆太陽，那為什麼我們看不到另一顆太陽呢？這個理論認為，那是因為它的亮度太低了，復仇女神是一顆紅矮星或者褐矮星，所以人類用肉眼根本看不到它。
如果這個理論成立，那麼它就可以成功解釋週期性的物種大滅絕。因為這顆太陽每隔幾千萬年就要掠過奧爾特雲一次，它的引力吸引了奧爾特雲中的彗星，把它們從奧爾特雲中拽出來，造成了週期性的彗星雨，進而造成了週期性的物種大滅絕。但可惜的是，隨著更先進的射電天文望遠鏡的發展，人類始終沒有找到這顆“黑暗的太陽”，這個在天文界浪漫了幾十年的假說最終被證明是不成立的。造成周期彗星雨的引力源，應該是另有原因。
另一個備選的引力源，是“銀河潮汐力”。潮汐力很多人都聽說過，但容易把它和引力混為一談，潮汐力不是引力，而是引力的一種衍生力，或者說它是一種“引力差”。比如說月球對於地球上不同部分的引力是不一樣的，這種不同部分之間引力的差，就是潮汐力，正是地月潮汐力引起了地球上海洋的潮汐。
而在銀河中，同樣也存在這樣的潮汐現象。整個銀河系對於奧爾特雲各個部分的引力是不同的，這種引力差會把奧爾特雲拉長，奧爾特雲被拉長之後，某些彗星距離太陽的距離就比我們想象中要近得多了，一旦它們運行到近日點，就很容易被潮汐力從奧爾特雲裡面推出來，從而進入到內太陽系。但藍道爾認為，銀河潮汐力只能造成“緩慢而穩定”的彗星流，這樣的彗星流不足以引發物種大滅絕。所以銀河潮汐力，也不是我們要找的引力源。
總結一下這部分的內容。藍道爾教授發現，物種大滅絕是有周期性的，每3000萬年就會發生一次，而這個週期和隕石撞擊的週期正好是吻合的，又因為彗星比小行星更符合週期性，於是藍道爾推斷，是某種引力源吸引彗星脫軌造成了週期性的物種大滅絕。
這時，藍道爾想到了一種東西，這個東西從來沒人把它和物種大滅絕聯繫起來，那就是：暗物質。我們終於迎來了真正的主角。那我們現在就來講本案的第3條關鍵線索，暗物質，這也是3條線索中最關鍵的一條。
先來說下暗物質是什麼東西吧？藍道爾用一個很簡單的說法就講清楚了，她說“暗”的反面是什麼？是“光”，所以暗物質就是站在光的對立面的一種東西，它是既不吸收光也不反射光的物質。當然，這個光不僅僅是指可見光，而是指所有頻段的光，就是各種電磁波。所以說它沒法被觀測，也不能被研究，因為它不和任何電磁波起反應。
這個定義意味著什麼呢？意味著人類完全沒辦法“看到”暗物質，不僅肉眼看不到，用人類的其他“眼睛”，也就是各種探測器，也看不見它，因為人類認識世界的主要手段，大多數都是基於光學的。我們只能通過觀測到的一些宇宙現象，間接證明暗物質的存在。
那你可能就要問了，既然用人類所有的“眼睛”都看不見暗物質，我們憑什麼說它一定存在呢？其實這是因為，我們不得不假設暗物質存在。只有先假設暗物質存在，才能在符合現有引力理論的框架下解釋很多物理現象，如果不假設暗物質存在，那麼這些物理現象就會和牛頓力學以及廣義相對論產生矛盾。
其實，現代物理學的好多理論模型能夠成立，不是因為我們真的發現了某個假設出來的東西，而就是因為假設它的存在，能夠在符合現有理論的情況下解釋很多實際存在的物理現象。比如引力波，不也是在提出了一百多年後才被觀測證明確實存在的嗎？
那假設暗物質的存在能夠解釋什麼現象呢，先說結論吧，這個結論很讓人震驚：如果不假設暗物質存在，我們的太陽就會飛走，甚至飛出銀河系。
這是怎麼回事呢？我們這就得從荷蘭天文學家簡·奧爾特說起，對，又是這個奧爾特！我們前面提到的奧爾特雲就是以他的名字命名的。在奧爾特那個年代，人們已經知道，恆星雖然名字裡有個“恆”字，但它們也是會運動的，比如太陽就會繞著銀河系的中心做公轉運動。既然運動就會有速度，如果速度太快，恆星就會被甩出去，成為在各個星系間流浪的星球，而如果運動的速度太慢，它們就會沿著時空的斜坡滑落，滑向星系的中心，而恆星運動的速度主要和星系的質量有關。有一天，奧爾特突發奇想，他想測算一下銀河系的質量和恆星運動的速度是不是相匹配，銀河系的質量能不能剛好讓恆星既不飛走又不滑落？
這一測算就出大事兒了！豈止是不匹配，簡直差了十萬八千里。計算出來的銀河系的質量至少要比實際測量的結果多5倍，它提供的引力才能維持恆星的運動軌道。奧爾特反覆檢查自己測算的結果，發現真的沒算錯，怎麼會差了這麼多？於是，他只好假設銀河系內還存在著一些我們完全看不見的東西，這些東西比普通物質多得多，正是這些東西提供的質量維持著星系的運行。後來在1933年，一個叫弗裡茨·茲威基的科學家正式提出了“暗物質”的概念。
在整個宇宙的構成中，暗物質佔26.8% ，是普通物質的5倍。數量如此巨大的神秘物質藏在黑暗的星空中，我們卻不知道它到底是什麼東西，這也正是暗物質這個理論迷人的地方。科學界對於暗物質的本質，至今都還沒有定論。有些理論認為，暗物質是一種“弱相互作用的大質量粒子”，還有人認為暗物質其實就是普通天體，只是我們沒有足夠的光去發現它們。這個問題世界各國都在積極地進行研究，比如我們國家就發射了暗物質探測衛星“悟空”號。相信在未來，暗物質到底是什麼？這個問題一定能夠得出答案。
瞭解完關於暗物質的基本情況，我們終於可以回到主題，來說說暗物質是怎麼殺了恐龍的。前面說了，暗物質看不見摸不著，基本不和普通物質發生相互作用，這樣一近乎虛無存在的物質，怎麼能殺死強大的恐龍呢？只有一種方法，可以讓暗物質和普通物質世界聯繫起來，那就是——引力。
我們前面要找的不正是吸引彗星脫離軌道的引力源嗎？聽起來好像有點兒門道。下面我就為你講述這起案件最核心的部分，兇手的作案手法。
按照傳統的觀點，暗物質雖然質量巨大，但好像也很難引發週期性的彗星雨。因為，引力、電磁力、弱相互作用力、強相互作用力，這4種自然界的基本作用力中，引力其實是最弱的一種力。你想想看，你拿一塊磁鐵，就能吸起地上的一根曲別針，這說明一小塊磁鐵的磁力很輕鬆地就戰勝了整個地球的引力。只有當物體質量特別大的時候，引力的作用才能很明顯。暗物質的質量的確很大，但它在星系中的分佈是很均勻和彌散的，是一個球形的“暈”狀結構，就是光暈的暈，沒有很緊密地聚成一團，這樣鬆散的結構是沒辦法產生很集中的引力的。
但藍道爾認為，普通物質中的基本粒子有很多種，什麼質子、中子、光子等等，而且普通粒子間的相互作用也分為很多種，分為引力相互作用、電磁相互作用、弱相互作用、強相互作用。既然普通粒子不止一種，相互作用也不止一種，我們憑什麼認為暗物質粒子就只有一種，暗物質間的相互作用也只有一種呢？她覺得這樣考慮是不完善的。
藍道爾假設，暗物質粒子也分為很多種，這些粒子各不相同，有些喜歡聚在一起，有些喜歡自個兒待著。那些喜歡聚在一起的暗物質粒子，會通過某種方式高度聚合，從而產生和傳統理論不一樣的暗物質分佈結構。這一類暗物質是凝結在一起的，形成了一個緻密的盤子一樣的結構，根據藍道爾的計算，這個“暗物質盤”和我們銀河系的銀盤會重合在一起。
而我們的太陽就在這兩個盤組成的平面上做水平運動。但是天文觀測顯示，太陽除了做水平運動，它還會在這個盤面上做上下的垂直運動，它會在這個盤子上玩“跳一跳”，這個跳一跳的週期，正好也是3000萬年左右，這和我們前面提到的物種大滅絕週期是吻合的。每次太陽穿過盤面的時候，兩個盤加在一起的引力很容易就把奧爾特雲的彗星拉出來，形成大規模的彗星雨。
試想一下，如果暗物質再次讓一顆隕石脫離軌道撞向地球，很多人的第一反應往往是像科幻電影中描述的那樣：用核彈炸掉它。而藍道爾認為，這是最糟糕的處理方式，因為這會把一塊隕石變成多塊隕石，不僅無法阻止撞擊，還會讓受災面積增大。還有人還會試圖讓隕石轉向，也就是改變隕石的軌道，但是這需要的能量太過巨大。藍道爾在書中給出了一種更聰明的方法，既不會增大受災面積，也不需要讓隕石轉向，這種方法就是：改變隕石的速度，讓它加速或者減速。具體做法就是給隕石裝上火箭，只要讓它提前或者延後7分鐘到達地球軌道就可以了。
為什麼是7分鐘呢？7分鐘是地球在公轉軌道上移動半個身位所需要的時間，只要給地球七分鐘，它就能從本該被撞擊的位置移開，隕石會和地球擦肩而過。而且越早發現隕石，用來改變它速度所需要的能量就越小。
當然，藍道爾的想法也不是十全十美的。比如如果這個隕石不是小行星，而是彗星的話，我們知道彗星是有一條長長的尾巴的，這個尾巴中也還是有一些物質的，這些物質與地球發生碰撞，會不會產生致命的災難？一切還都是未知數。目前，這個技術目前只停留在理論階段，隨著人類科技水平的提高，我們相信這些問題都可以得到解決。
題外話：讀書可以擴充我們知識邊界，獲得更多看問題的視角，但盲從是要不得的...
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