暗物质，藏着多少秘密？

星空总是让人们想起广阔的宇宙。然而，从另一个角度来看，“可见的”宇宙只占宇宙物质总量的一小部分——大约5%。其余的是我们看不见的东西，暗物质，暗能量...这些正是世界各地的科学家在过去几十年里一直在努力争取的。对像你我这样的普通人来说，宇宙的大小是惊人的。然而，一想到我们生活在一个我们甚至看不见的宇宙中，却对此无能为力，总让人感到不舒服。几天前，由中国物理学家丁肇中主持的阿尔法磁谱仪项目发现了可能是暗物质的有力证据。也许我们可以乐观地期待有一天人类将会耗尽无形世界的秘密。什么是暗物质？1932年，荷兰天文学家奥尔特通过研究银河系中恒星的运动推测银河系应该有更多的质量。然而，这种观点在当时被认为是错误的。直到20世纪60年代和70年代，天文学家发现大多数旋涡星系的旋转速度都大于理论计算。最简单的原因之一是这些星系包含了大量不可见的质量。大量的不可见物质提供了更大的引力来维系星系。目前，科学家对暗物质的定义已经基本达成共识:它只参与引力效应，但不发光，也不参与电磁相互作用。它不是我们目前所知的任何一种粒子——即使它是否是一种粒子还没有最终确定。尽管科学家们尽了最大努力，到目前为止，在地球上还没有观察到或创造出真正的暗物质粒子。“如果暗物质真的存在，它不仅存在于太空或地球深处，它就在我们周围，在地球的任何地方。”中国科学院理论物理研究所的研究员李淼(音译)将暗物质描述为宇宙中所有事物的“粘合剂”，因为如果没有暗物质，物质之间的引力，尤其是天体之间的引力，将无法维持恒星和星系之间的聚合，星系早就解体了。然而，这种“胶水”所产生的凝聚力就像空气一样“默默地滋润着东西”。暗物质无处不在，似乎是一个“真空”，但它非常重要。即使从某个角度来看，没有暗物质，恒星也不会存在，太阳系也不会存在，基于DNA双螺旋结构的生命会出现在哪里？即使有生命，人类会进化吗？为什么要寻找暗物质？“我们对宇宙的了解太有限了。这只是它“可见”的一小部分。因此，如果暗物质和暗能量的秘密能够被解开，人类的知识体系肯定会大有进步。虽然我无法指出暗物质的发现和研究在今天能给人类带来什么样的“好处”，但历史经验已经反复证明了这样一个事实:知识体系的巨大突破将不可避免地使人类生活面临更多的可能性国家天文台暗物质和暗能量研究小组的首席科学家陈认为是这样的。19世纪末，有人曾将“以太理论”和“黑体辐射”描述为物理学晴空中两朵令人费解的“乌云”。但是正是这两个“乌云”催生了相对论和量子理论。理论物理学向前迈出了一大步，为我们今天高科技生活的所有细节奠定了基础。也许正如李苗乐观地估计的那样:“如果我们说我们这一代人可能已经看到了物理学家在活着的时候解决了暗物质的秘密，这可能不会太离谱。”暗物质的美丽，普通人不明白吗？几乎可以肯定，在暗物质领域将会出现更多的发现和见解。几乎同样可以肯定的是，这些发现和观点超出了我们大多数人的理解范围。对于大多数非专业人士来说，现代物理学已经越来越成为一个不可想象的世界——一个无法被无法理解的语言触及的世界。澳大利亚天体生物学中心的自然哲学教授保罗·戴维斯曾在《自然》杂志上说过，“对于一个非物理学家来说，区分一个天生的怪人和一个十足的疯子几乎是不可能的。”现代物理学似乎离“自然”之路越来越远，那么它与普通人有什么关系呢？早在今年4月丁肇中团队公布观察结果后的第一时间，李苗就接受了国内媒体的多次采访。所有记者都问这个问题:“它的实际意义是什么？”李苗的回答也很直接:“暂时对人类没有直接意义。”那么，什么样的研究具有实际意义呢？有必要“在四分之三小时内”创造经济效益，并成为一个市场神话。我们必须吃并使用它吗？我不禁回想起几年前上海师范大学天体物理学联合研究中心的教授李新洲在接受记者采访时说的话:“在大多数现实生活中，粒子的存在与碗里有多少肉没有关系。但这不是我们放弃纯科学研究的原因。”纯科学研究不能脱离研究者的好奇心和对未知事物的本能质疑。这种好奇心和本能是任何文明社会所提倡的人类品质，也是人类社会不断进步的动力之一。就暗物质而言，它问宇宙从何而来，这也是对人类能力范围内的世界和生命存在的一种探索。“天堂”和“地球”将暗物质捕捉到天堂:AMS项目由丁肇中教授领导，涉及来自16个国家的500多名研究人员，旨在寻找太空中多余的“正电子”，这可被视为暗物质存在的有力证据。“宇宙中正电子的主要来源是宇宙射线。但是宇宙射线产生的正电子的数量非常有规律。因此，如果实验能够发现超出这个规则的“额外”正电子，那么它可能来自暗物质。科学家这样解释。在将阿尔法磁谱仪送入太空一年半之后，丁肇中团队确实发现了许多额外的正电子。当然，这些额外的“正电子”不一定来自暗物质。业内人士估计，如果丁肇中的团队能够在下一次数据提炼中找到正电子数量的峰值，暗物质的存在将会有一个更清晰的答案。除了在太空中寻找间接证据，潘达克斯和CDEX还让来自许多国家的科学家潜入地下，试图直接捕捉暗物质，以便找到其存在的直接证据。目前，两个实验正在四川省锦屏山2000多米深的地下实验室进行。一个是由上海交通大学领导的潘达克斯项目，该项目试图利用氙核作为“树”来等待暗物质的影响。另一个是清华大学领导的CDEX项目，目标是高纯锗。你为什么想在地下找到暗物质？事实证明，在日常环境中有各种各样的粒子，它们会对捕捉暗物质造成很大的干扰。如果一个高灵敏度的探测器被放置在一个地下屏蔽环境中，普通的粒子不能通过探测器外面的屏蔽，只留下暗物质粒子可以轻易地穿透这层“铁墙”，并且由于它的弱相互作用，有一定的可能性与探测器中的原子碰撞。对于高灵敏度检测器，可以检测到这些。自从这种方法在20世纪80年代被提出以来，许多国家的许多实验室都尝试过它，来自意大利、美国和其他国家的实验小组已经“沉入”地下寻找暗物质的证据。然而，这个实验的难度并不小，因为关键是要不断提高仪器的灵敏度，收集尽可能多的数据，并从收集到的海量数据中消除尽可能多的干扰。