暗物質(zhì)將為現(xiàn)代科學(xué)帶來光明

2015年12月17日，搭載暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星的“長征二號丁”運載火箭在我國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。探測衛(wèi)星的名字叫“悟空”，意思是該衛(wèi)星具有《西游記》中孫大圣一樣的火眼金睛，進入廣袤太空后能像降妖捉怪一樣，找到神秘的暗物質(zhì)，揭開人類自然科學(xué)的新篇章——

什么叫暗物質(zhì)？顧名思義，就是“隱身”的，人類至今無法看清和不能解釋的物質(zhì)。而大小星球及上面的一切可見物統(tǒng)稱為普通物質(zhì)。宇宙中的暗物質(zhì)總質(zhì)量約為普通物質(zhì)的6倍，此外，還有暗能量，它們各自或彼此之間的相互作用造就了現(xiàn)在的宇宙與有條不紊運行的星系。比如我們的銀河系為什么能安靜地懸浮在太空中，能快速旋轉(zhuǎn)而不散架，其中就有暗物質(zhì)釋放的超級力量的支撐。

那么，暗物質(zhì)究竟從哪里來，探索它又有何意義呢？

確認暗物質(zhì)的存在

20世紀30年代，瑞士天文學(xué)家茨威基研究發(fā)現(xiàn)：在星系團中，看得見的星系占總質(zhì)量的1/300以下，而99%以上的質(zhì)量是看不見的。這一結(jié)論意味著星系團中有某種神秘物質(zhì)被人忽略了。

眾所周知，一般情況下，憑借肉眼或借助工具就能看到普通物質(zhì)，即使它們藏身于最黑暗的角落，只要有光照總能被發(fā)現(xiàn)，但暗物質(zhì)是個例外。暗物質(zhì)卻不發(fā)光，不發(fā)出電磁波，所以從來沒有被直接“看”到過。

雖然當時多數(shù)人并不認同茨威基的觀點?？墒?，后來的宇宙觀測結(jié)果越來越驗證這一觀點的可信性。后來全世界科學(xué)家基本達成這樣的共識：雖然我們從來沒有直接‘看到宇宙中存在這種物質(zhì)，但我們卻發(fā)現(xiàn)了由于這種物質(zhì)的引力作用對于其他可見的物質(zhì)運動的影響，這是我們斷定宇宙中存在這種物質(zhì)的理由。

暗物質(zhì)從哪里來

談到暗物質(zhì)的物理組成究竟是什么，它又是怎么來的？中科院高能物理所研究員畢效軍表示，通常認為暗物質(zhì)是一種不發(fā)光、不反射光、不散射光、不發(fā)出電磁波、不參與電磁相互作用的全新粒子。根據(jù)引力效應(yīng)，天文學(xué)家估算，宇宙由27%的暗物質(zhì)、68%的暗能量和5%的普通物質(zhì)組成。這些看不見的“大多數(shù)”就像披上了隱身衣一樣，使得長期以來，在宇宙中占比最多的東西反而是人類最遲也是最難了解的，至今僅知道它們存在，還不清楚它們究竟是什么，也不了解它們的性質(zhì)。這也是暗物質(zhì)的神秘所在。

至于暗物質(zhì)是如何產(chǎn)生的？畢效軍認為，和普通物質(zhì)一樣，暗物質(zhì)應(yīng)該也來自于宇宙大爆炸。在宇宙早期某一個時刻，宇宙溫度非常高，粒子能量非常強，它們劇烈碰撞，在這種相互作用下，包括暗物質(zhì)在內(nèi)的各種各樣的物質(zhì)由此產(chǎn)生。

暗物質(zhì)很神奇

為了解暗物質(zhì)這種存在于宇宙的隱身神秘“居民”，科學(xué)家做出了一些基于假設(shè)的理論模型，但物理學(xué)界渴望有實驗研究的結(jié)果特別是直接探測的結(jié)果，對這些理論模型進行驗證。這也正是我們發(fā)射“悟空”上天的探索的動因。

暗物質(zhì)難以探測，除了不發(fā)光外，還在于它的速度快，難以捕捉?？茖W(xué)家測算，暗物質(zhì)粒子每秒的運動速度為220千米，是56式半自動步槍子彈出膛速度的300倍。而且它們穿過人體時，不會留下任何痕跡，人完全沒有感覺。

暗物質(zhì)具有隱身性，就像作為能量存在紫外光，我們的肉眼是看不見的一樣。不同的是，紫外光作為一種電磁波可以通過別的工具偵查到，而要想看到暗物質(zhì)沒有那么容易。暗物質(zhì)粒子必須在相互作用時，我們才可能觀察到它。遺憾的是，它們具體會以是什么樣形式的相互作用，科學(xué)家還是不知道的，只是猜測這種相互作用可能會產(chǎn)生高能射線，而要想看到這些射線必須到大氣層外面去！如果能夠探測到這種相互作用，人類就有望推測出暗物質(zhì)的成分和性質(zhì)。

暗物質(zhì)可能幫助我們深入了解宇宙奧秘

有人不明白，對這種看不見摸不著的東西，有必要大費周章地進行探索研究嗎？科學(xué)家的回答當然是肯定的，原因很簡單，支撐人類文明進步的自然科學(xué)發(fā)展遇到了無法逾越的瓶頸。簡單說，現(xiàn)代物理學(xué)取得了巨大的成就，絕大部分現(xiàn)象可以在粒子物理標準模型的框架中得到滿意的解釋。但暗物質(zhì)卻不適用，這讓物理學(xué)的天空懸著一朵“烏云”，而物理學(xué)卻是現(xiàn)代科學(xué)最重要的支撐。

上升至理論層次解釋，對暗物質(zhì)的研究是粒子物理和宇宙學(xué)的核心問題之一。尋找暗物質(zhì)粒子、研究暗能量的物理本質(zhì)，與探索宇宙起源及演化的奧秘是息息相關(guān)的，同時它也是21世紀天文學(xué)和物理學(xué)發(fā)展的一個重要趨勢。

此外，了解暗物質(zhì)的性質(zhì)，對于我們理解宇宙中星系、星系團等如何在宇宙演化過程中形成，具有里程碑式的重要意義。發(fā)射“悟空”暗物質(zhì)探測器，使中國科學(xué)家第一次躍身世界自然科學(xué)研究的前沿，終于能夠與頂尖學(xué)界巨子探討交流了，所以說它一定是載入中國科學(xué)發(fā)展史的一件大事。