暗物質是什麼 為什麼要尋找暗物質

暗物質是什麼?當我們仰望星空,其實只看到了宇宙的冰山一角,宇宙的絕大部分對人類來說是隱藏的。暗物質,披著隱身衣的「宇宙幽靈」,科學家僅知道它們存在,卻無法探測到它們。

17日,中國科學衛星系列首發星——暗物質粒子探測衛星「悟空」在酒泉衛星發射基地成功發射,它的使命就是用「火眼金睛」去尋找暗物質粒子存在的證據。

「這是中國科學家首次在太空中放置自己的高分辨高能空間望遠鏡。」暗物質衛星首席科學家、紫金山天文台副台長常進說,「它有望深刻地變革人類的宇宙觀,實現空間科學重大突破。」

為什麼要尋找暗物質?「宇宙中,我們能看見的物質,都因為帶有電子而能『發光』,我們能觸碰一張桌子、一面牆,感覺到它們的存在,是因為有電磁場的相互作用。而暗物 質是不帶電荷的,也沒有電磁場的相互作用,能像幽靈一樣穿透阻礙物,不著痕迹地從身邊飛走。」常進說,「因此儘管我們周圍存在暗物質,例如平均1立方厘米 的空氣中可能就有上千顆暗物質粒子,但我們並不能看到或感覺到。」

科學家們認為,暗物質是宇宙大爆炸的產物,在宇宙演化中起著決定性作用,也決定著宇宙未來的命運。同時,暗物質和暗能量的研究在基礎物理學中也有著重要意義,因為科學界公認的粒子物理標準模型僅能解釋占宇宙4.9%的普通物質,卻無法解釋暗物質和暗能量。

因此,暗物質和暗能量被認為是籠罩在21世紀物理學上的兩朵「烏雲」。美國科學家在一份報告中列出21世紀要解答的11個科學問題,「什麼是暗物質」被列在第一位。

科學界公認,揭開暗物質之謎將是繼日心說、萬有引力定律、相對論及量子力學之後的又一次重大飛躍,將帶來物理學的又一次革命。

中科院國家空間科學中心主任吳季說,暗物質粒子的探測目前是國際科學前沿競爭最為激烈的研究領域,全世界的科學家都在不遺餘力地尋找暗物質、暗 能量及其隱藏的巨大科學寶藏。「可到目前為止,人們找到的還都只是一些疑似證據。」吳季說,「人類還沒有找到它,也不知道其質量、性質,不能用物理學標準 模型去解釋。」

暗物質距離人類生活如此遙遠,為什麼還要花這麼多時間、精力和成本去尋找?科學家們回答,這一方面源自人類對於未知的好奇心和求知慾,另一方面,科學研究的價值和意義雖然有時在短期內無法顯現,但往往能帶來一些「副產品」,給科技和生活帶來變革。

目前,國際上對暗物質探測方式主要分為3類。第一類是在加速器上通過兩束高能粒子對撞將暗物質粒子「創造」出來,如歐洲核子中心的大型強子對撞 機;第二類是在地下進行的直接探測,各國有不少這樣的實驗項目,其中我國四川錦屏地下實驗室是目前世界上最深的研究暗物質實驗室;第三類是在太空進行間接 探測。

我國暗物質粒子探測衛星屬於第三種方法。這種方法怎樣尋找暗物質?常進解釋說,世界上的物質都有反物質,當一個物質遇到一個反物質的時候,兩者 都會被摧毀,由此產生巨大的能量。但是暗物質非常獨特,它的反物質就是本身,如果暗物質粒子和自身的反物質粒子發生碰撞,產生的能量將更大。

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