神秘的暗物質

山東省臨沂市高都小學 陳冰冰 楊 津

許多星際大片中都有關于暗物質的描述，因此大家對“暗物質”這個名詞一定不陌生。而所有關于暗物質的影片中最具代表性的當屬球幕影片《宇宙魅影：搜尋暗物質》，它于2017年6月30日14時在中國科學技術館舉行了首映式。片中對宇宙大爆炸、深入地下的靈敏暗物質探測器、歐洲核子中心的大型強子對撞機進行了一一展示。可到底什么是暗物質呢？它是如何被發現的？人類對暗物質探索的過程以及最新的科學研究進展又是怎樣？下面就讓我們一起來揭開暗物質的神秘面紗。

關于暗物質的發現是一個有關傳統物理學爭論的故事。天文學家在觀測宇宙的時候，發現了一個奇怪的現象。

我們已經知道，所有的星系（如銀河系）都是圍繞著星系中心旋轉的。根據牛頓萬有引力定律可得，，即。由此可知，恒星圍繞星系中心做圓周運動的速度，跟星系中心的質量和恒星與星系中心的距離有關。由于星系中心的質量是一定的，那么恒星與星系中心的距離越遠，恒星的旋轉速度應該越小。可事實是，離星系中心稍遠的恒星，跟靠近星系中心的恒星，繞著中心旋轉的速度差不多。

就是這么一個奇怪的現象，引發了人們對傳統牛頓力學原理的爭論，大家對經典力學的科學性產生了懷疑。經過這場對傳統牛頓力學科學性的思辨和討論，有的科學家就提出：只有假設在星系的周圍還存在著一定質量的物體，那么觀察到的星系運動才能與牛頓傳統力學理論的計算結果相吻合。于是，科學家們將這些檢測不到的物質定義為暗物質。

隨著科技的發展，人們通過引力透鏡來觀測暗物質。引力透鏡不能直接觀測到暗物質的真實面貌，但可以確定它們的位置。根據愛因斯坦的廣義相對論，當光線經過大質量物體的時候，會壓縮空間，使光線發生扭曲。因此，宇宙中那些發生光線扭曲的地方，就是暗物質藏身的地方。

人類雖不能直接觀測到暗物質，但是關于暗物質的探索腳步卻從未停止。2010 年12 月12 日，位于四川錦屏山的我國首個極深地下暗物質實驗室投入使用，它也是全世界最深的暗物質實驗室。九年來，該實驗室一直在努力探尋宇宙暗物質。正如中國暗物質實驗合作組首席科學家康克軍所說：“暗物質粒子就像一條魚，在一個漫無邊際的海洋中存在。找到這條魚，就是找尋暗物質的過程。”我們堅信，未來關于暗物質的研究成果必將引起一場新的物理學革命，引發人類對于物質世界的重新認識。