暗物質(zhì)將為現(xiàn)代科學(xué)帶來(lái)光明

2015年12月17日，搭載暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星的“長(zhǎng)征二號(hào)丁”運(yùn)載火箭在我國(guó)酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。探測(cè)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(jìn)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(kāi)人類(lèi)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(lèi)至今無(wú)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(jiàn)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(yùn)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(jí)力量的支撐。

那么，暗物質(zhì)究竟從哪里來(lái)，探索它又有何意義呢？

確認(rèn)暗物質(zhì)的存在

20世紀(jì)30年代，瑞士天文學(xué)家茨威基研究發(fā)現(xiàn)：在星系團(tuán)中，看得見(jiàn)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(jiàn)的。這一結(jié)論意味著星系團(tuán)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(gè)例外。暗物質(zhì)卻不發(fā)光，不發(fā)出電磁波，所以從來(lái)沒(méi)有被直接“看”到過(guò)。

雖然當(dāng)時(shí)多數(shù)人并不認(rèn)同茨威基的觀點(diǎn)。可是，后來(lái)的宇宙觀測(cè)結(jié)果越來(lái)越驗(yàn)證這一觀點(diǎn)的可信性。后來(lái)全世界科學(xué)家基本達(dá)成這樣的共識(shí)：雖然我們從來(lái)沒(méi)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(duì)于其他可見(jiàn)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)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(lái)

談到暗物質(zhì)的物理組成究竟是什么，它又是怎么來(lái)的？中科院高能物理所研究員畢效軍表示，通常認(rèn)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(jiàn)的“大多數(shù)”就像披上了隱身衣一樣，使得長(zhǎng)期以來(lái)，在宇宙中占比最多的東西反而是人類(lèi)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(rèn)為，和普通物質(zhì)一樣，暗物質(zhì)應(yīng)該也來(lái)自于宇宙大爆炸。在宇宙早期某一個(gè)時(shí)刻，宇宙溫度非常高，粒子能量非常強(qiáng)，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(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果特別是直接探測(cè)的結(jié)果，對(duì)這些理論模型進(jìn)行驗(yàn)證。這也正是我們發(fā)射“悟空”上天的探索的動(dòng)因。

暗物質(zhì)難以探測(cè)，除了不發(fā)光外，還在于它的速度快，難以捕捉。科學(xué)家測(cè)算，暗物質(zhì)粒子每秒的運(yùn)動(dòng)速度為220千米，是56式半自動(dòng)步槍子彈出膛速度的300倍。而且它們穿過(guò)人體時(shí)，不會(huì)留下任何痕跡，人完全沒(méi)有感覺(jué)。

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(jiàn)的一樣。不同的是，紫外光作為一種電磁波可以通過(guò)別的工具偵查到，而要想看到暗物質(zhì)沒(méi)有那么容易。暗物質(zhì)粒子必須在相互作用時(shí)，我們才可能觀察到它。遺憾的是，它們具體會(huì)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(cè)這種相互作用可能會(huì)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(cè)到這種相互作用，人類(lèi)就有望推測(cè)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(duì)這種看不見(jiàn)摸不著的東西，有必要大費(fèi)周章地進(jìn)行探索研究嗎？科學(xué)家的回答當(dāng)然是肯定的，原因很簡(jiǎn)單，支撐人類(lèi)文明進(jìn)步的自然科學(xué)發(fā)展遇到了無(wú)法逾越的瓶頸。簡(jiǎn)單說(shuō)，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(biāo)準(zhǔn)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(duì)暗物質(zhì)的研究是粒子物理和宇宙學(xué)的核心問(wèn)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(shí)它也是21世紀(jì)天文學(xué)和物理學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。

此外，了解暗物質(zhì)的性質(zhì)，對(duì)于我們理解宇宙中星系、星系團(tuán)等如何在宇宙演化過(guò)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(cè)器，使中國(guó)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(shuō)它一定是載入中國(guó)科學(xué)發(fā)展史的一件大事。