暗物質研究描繪宇宙演化圖景

暗物質被稱為「籠罩在21世紀物理學天空中的烏雲」。從20世紀30年代起，天文觀測數據陸續表明，星系團等龐大天體的質量遠遠超出其中發光物質的總和。於是，天文學家假設宇宙中存在一類看不見的物質，即暗物質。大量天文觀測已清楚地表明，構成日月星辰以及我們人類自身的普通物質，只佔宇宙物質組分的15%左右，而宇宙中另外 85%的物質，是我們看不見也完全未知的暗物質。

暗物質模擬圖（來源：邑石網）

飛船飛越蟲洞模擬圖（來源：邑石網）

暗物質涉及宇宙產生和演化的一些最基本問題。找到並研究暗物質，將是繼哥白尼日心說、牛頓萬有引力定律、愛因斯坦相對論以及量子力學之後，人們認識宇宙的又一次重大飛躍。

21世紀以來，國際上相繼開展了20多個暗物質探測實驗，近幾年競爭尤為激烈，義大利、美國、德國的實驗組先後宣稱發現了疑似輕質量暗物質的信號。我國科學家在 2008年提出了「上天入地到南極」的暗物質、暗能量探測規劃路線圖，其中「上天入地」就是暗物質方面的實驗。「上天」是發射我國的暗物質探測衛星，2015年12月17日凌晨，我國首顆天文衛星—暗物質粒子探測衛星「悟空」在酒泉衛星發射中心發射升空，開啟了尋找暗物質的太空之旅，它是世界上迄今為止觀測能段範圍最寬、能量解析度最優的暗物質探測衛星。「入地」是開展地下的暗物質探測實驗，目前已在全世界最深的暗物質探測實驗室—四川錦屏山地下實驗室開展。

暗物質衛星「悟空」成功獲取首批科學探測數據（來源：新華社）

暗物質不發光也不吸收光，和普通物質的作用極其微弱，科學家只能通過它對普通物質產生的萬有引力作用來探測其存在。目前，科學家主要通過三種方式進行暗物質的探測研究。

對撞機探測法

把已知粒子加速到非常高的能量，通過高能粒子碰撞產生暗物質粒子，這種方法即對撞機探測法。我國的北京正負電子對撞機就是這樣的探測儀器，可以用來進行暗物質信號的尋找。歐洲核子中心的大型強子對撞機，是目前世界上對撞能量最高的實驗裝置，尋找暗物質粒子是它的主要研究目標之一。

間接探測法

間接探測是和對撞機探測相反的方法。兩個暗物質粒子通過碰撞會湮滅而產生已知的粒子，間接探測指通過探測這種湮滅的產物來推斷暗物質性質的探測方法。我國發射的暗物質探測衛星「悟空」就是通過探測暗物質湮滅所產生的正負電子和高能伽馬射線的辦法來探測暗物質粒子的。另外，華裔科學家丁肇中構思並領導建造的阿爾法磁譜儀，是另一個高精度的暗物質信號探測裝置，被安裝在國際空間站上。

直接探測法

探測暗物質粒子和普通物質的碰撞過程，通過測量這種碰撞信號來研究暗物質性質的方法即直接探測法。直接探測需要把一個高靈敏度的大型探測儀器放置在至少1千米深的地下實驗室中，以降低宇宙射線的干擾。我國四川錦屏山有著世界上最大埋深（2.4千米）的地下實驗室，來自清華大學和上海交通大學研究團隊的兩個暗物質探測實驗（CDEX和PandaX）正在這裡開展。

2016年2月，美國官方公布了LIGO發現了引力波，這一驚天動地的消息讓全世界都沸騰了。有科學團隊稱這兩個產生引力波的黑洞可能也是解開暗物質之謎的關鍵。他們認為，LIGO偵測到的這兩個黑洞可能並不是一般的黑洞，而是原生黑洞（也稱太初黑洞）。原生黑洞可能組成暗物質。儘管還沒有足夠的證據證明它們的存在，但引力波的發現為科學家繼續尋找暗物質注入了巨大的能量。

近年來，我國在暗物質研究方面進步異常迅速。「中國是世界第二大經濟體，是航天大國，我們不能光作為空間知識的使用者，也應成為空間知識的創造者」「我們已接近發現暗物質的邊緣」……中國科學家的表態，讓人們有理由期待：宇宙中那片看不見的星辰之海，即將褪去迷霧，呈現在世人面前。

錦屏山地下實驗室（來源：新華社）

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