暗物質(zhì)和暗能量被科學(xué)家們稱為籠罩在21世紀(jì)物理學(xué)上的兩朵烏云，它到底有多神秘，今天，我們就先聊聊暗物質(zhì)這朵“烏云”。
暗物質(zhì)：探索“隱藏”宇宙的鑰匙
故事還得從上個世紀(jì)說起。當(dāng)時，科學(xué)家們在觀測星系旋轉(zhuǎn)時發(fā)現(xiàn)一個怪現(xiàn)象，離星系中心越遠的恒星由于引力的減少，運動速度本該越慢，但實際觀測到的旋轉(zhuǎn)速度比預(yù)測速度快得多，這就證明還有我們沒觀測到的物質(zhì)提供了引力。為了解釋這一現(xiàn)象，科學(xué)家們引入了暗物質(zhì)這個概念。
根據(jù)科學(xué)家們預(yù)測，在宇宙的構(gòu)成中，人類能觀測到的常規(guī)物質(zhì)僅占5%，暗物質(zhì)占到25%，剩余的70%則是暗能量。
雖然暗物質(zhì)占了宇宙的4分之1，但卻很難被探測到。根據(jù)科學(xué)家推測，暗物質(zhì)不帶電荷，不與普通物質(zhì)發(fā)生除引力以外的其他相互作用，能夠穿越電磁場，但由于其對于探索宇宙起源和基礎(chǔ)物理研究具有重大意義，世界各國都在努力地證實暗物質(zhì)的存在。找到暗物質(zhì)就能幫助我們揭開“隱藏”了的宇宙的真面目。
肉眼可見的普通物質(zhì)構(gòu)成了恒星，恒星們組成星系，而它們都是受暗物質(zhì)密度波動的影響產(chǎn)生的，普通物質(zhì)與暗物質(zhì)的引力共同作用，把彼此聚集在一起，就構(gòu)成了星系。
目前科學(xué)家們對于暗物質(zhì)有著很多不同的假設(shè)模型。有的理論認為它廣泛分布在整個銀河系中，形成強烈的暗物質(zhì)風(fēng)，地球也頻繁被它吹過。它的運動速度極快，可以達到子彈出膛速度的數(shù)百倍，穿過人體時不會留下任何痕跡，哪怕是一點點感覺。但毫無疑問的是，它有引力，它占據(jù)著天文學(xué)家們計算出來的宇宙總質(zhì)量的四分之一還要多，它產(chǎn)生的引力就好像拉著轉(zhuǎn)動小球的一根透明的繩子，為銀河系保持穩(wěn)定起到了重要作用。
尋找暗物質(zhì)存在的證據(jù)，對于人類理解宇宙形成、探索宇宙本源至關(guān)重要。發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)這樣一種全新的物質(zhì)，它很有可能成為取之不盡的高效能源，甚至幫助人類通過躍遷實現(xiàn)星際旅行，這些在將來或許都不再是夢想。
地球很小，宇宙很大。暗物質(zhì)，或許將是人類打開星際探索大門的一把鑰匙。
三種途徑 捕捉神秘暗物質(zhì)
神秘的暗物質(zhì)，似乎無處不在，卻又至今沒人能證明真正捕捉到它。那么，面對這些擅長“隱身”的粒子，科學(xué)家又是通過怎么的方法來尋找它們呢？
目前探測暗物質(zhì)的方法主要有三種：直接探測、間接探測和加速器探測，我國在前兩種方法中都走在了世界前列。
地下守株待兔 直接捕捉暗物質(zhì)
一種辦法是守株待兔。根據(jù)理論，暗物質(zhì)會參與弱相互作用，就像是荒不擇路的兔子一樣，它們也有可能一頭撞上原子核這個“樹樁”。被暗物質(zhì)粒子撞上的原子核會引起發(fā)光發(fā)熱的現(xiàn)象，或者被撞得偏離了原來的位置，這些都是科學(xué)家有可能探測到的。于是，科學(xué)家用了一個笨辦法，他們建設(shè)含有大量反應(yīng)物質(zhì)的探測器，等待過路的暗物質(zhì)粒子碰巧撞上其中某個原子核。
△熊貓暗物質(zhì)探測計劃。在四川錦屏山2400米的山體深處，我國建造了液氙暗物質(zhì)探測器，通過檢測暗物質(zhì)撞擊液態(tài)氙產(chǎn)生的能量來感知暗物質(zhì)的存在。
太空間接探測 尋找暗物質(zhì)湮滅物
另一種辦法，那就是等這些隱身的粒子主動現(xiàn)身。有理論預(yù)言，當(dāng)兩個暗物質(zhì)粒子相遇時，由于互為反物質(zhì)，它們便會湮滅，從而產(chǎn)生出高能的伽馬射線，或者產(chǎn)生出普通的正反粒子對。這就好像兩個隱身的人相遇的一瞬間，突然脫去了隱身斗篷，變成兩個普通人，甚至還發(fā)出了耀眼的光芒。如果科學(xué)家在暗物質(zhì)集中的地方探測到了過量的伽馬射線，或者在宇宙中探測到了來源不明的大量反物質(zhì)粒子，它們就有可能來源于反物質(zhì)粒子的湮滅，從而給暗物質(zhì)的存在提供間接的證據(jù)。
△“悟空”號暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星。2015年12月17日，中國成功發(fā)射首顆暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”號，監(jiān)測暗物質(zhì)粒子湮滅或衰變后產(chǎn)生的高能粒子，如伽馬射線、正負電子等，精確測量這些粒子的能譜，從而間接證明暗物質(zhì)的存在。
加速器粒子碰撞 主動創(chuàng)造暗物質(zhì)
還有一種辦法是主動創(chuàng)造這些粒子。如果我們把足夠高的能量濃縮在極小的空間體積之內(nèi)，就像科學(xué)家在大型強子對撞機里進行的粒子碰撞實驗一樣，這些能量就會轉(zhuǎn)化為各式各樣的粒子四散奔逃。如果能量足夠高，理論上就有可能產(chǎn)生出暗物質(zhì)粒子。而由于暗物質(zhì)粒子是“隱身”的，無法被周邊的探測器記錄到。那么，在科學(xué)家看來，這場粒子碰撞中就會有很大一部分能量不翼而飛。如果偵破了這宗能量失蹤案，就能為暗物質(zhì)粒子的存在提供證據(jù)。
科學(xué)界公認，揭開暗物質(zhì)之謎將是繼日心說、萬有引力定律、相對論及量子力學(xué)之后的又一次重大飛躍,將帶來物理學(xué)的又一次革命。
聯(lián)系客服
