就新华社7月20日消息，中国锦屏地下实验室正式启动新阶段建设，“极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施”项目正式进驻地底，开始安装实验设备，开展暗物质直接探测实验、无中微子双贝塔衰变实验、核天体物理领域关键核素合成过程以及恒星演化等基础科学前沿研究。其中暗物质最引人关注。

我们常常听过一个名词叫做“暗物质”，科学家认为宇宙中暗物质占全部物质总质量的80%以上，超过1/4的宇宙都是由暗物质构成的。

暗物质是什么

“暗物质”的提出是因为科学家在观测宇宙时发现了一种诡异的现象，我们所观测到的星球、恒星、气体等都会聚集在一起绕着星系中心旋转，根据牛顿力学理论，恒星等物质围绕星系中心的旋转速度跟星系的质量以及离星系中心的距离有关，在超出一定的距离后，这些物质离星系中心越远旋转的速度应该越慢。不过这跟我们观察到的情况却不同，即超过一个距离后无论这些物质离星系中心有多远它们的旋转速度都差不多。

随距星系中心距离增加测量实际旋转速度（白色）

根据牛顿理论，这些远处的物质根本不应转得如此快。最初科学家们观测到这一情况都认为是测量出现了问题，经反复测量排除了误差后，均认为原有的的理论公式没有错，不过其中的一个参数出现了问题，那就是星系的质量，也就是说，这些星系真正的质量应该比我们目前所观测到的物质的质量要大得多，因为只有这样才能拉住高速旋转的恒星，科学家们将这些多出来的物质称为“暗物质”。

暗物质最重要的一点是，它促成了宇宙结构的形成，可以说如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星，也更谈不上今天的人类了。

已经观测宇宙扫描图

宇宙结构模型

如何观测到暗物质

暗物质粒子无处不在，但人体却无知无觉。我们在日常生活中能看见和感觉到的各种物质，有一个共同性就是都携带电子，有了电子它们就能够产生电磁场，而电磁场的相互作用就能够让你感知到这些物质的存在（例如我们人与物体接触感受到的压力就是由原子核外层的电子间产生的电磁力感受到）。也只有最精密的仪器，才可能捕捉到它与原子核碰撞产生的微弱信号。

“暗物质”不跟电磁波发生作用，也不发出电磁波。所以无论多么高端的望远镜都完全看不到它们，但“暗物质”又是确确实实存在的，而且是一种巨量的存在。不过其也不是完全无法观测，例如，用“引力透镜”。根据爱因斯坦的广义相对论，质量大的物体会使时空发生弯曲，集中分布的暗物质质量是巨大的，经过其附近的光线会发生弯曲，我们所观察到的光线也会发生变化。通过这种变化，我们就可以推测，在看似虚空的黑暗中其实存在着大质量的物体，进而间接地“看”到暗物质。

引力透镜示意图

引力透镜观察图像

不过对于暗物质是由什么组成的这个问题，暂时只探测出中微子和黑洞是其成员之一，其余的科学家也不知道，况且对于这两种物质科学家们研究得也极其有限。我们只能推测出暗物质的部分物理性质，却不知道具体是由哪些奇怪的粒子组成的。

1. 寿命长
2. 不与电磁波发生作用
3. 有质量
4. 不发光

研究暗物质的意义

研究暗物质意义重大，价值非凡。究其本质是探求万物的本质，就如古人打仗如果基础科学没有获得突破那么无论怎么发展，不过是造出更加锋利的长矛、厚实的盾牌、连发的弩箭（诸葛连弩）等等。而技术革命（基础物理）一旦发生，尤其是爱因斯坦在量子论、分子论、相对论等多领域取得突破后，其创造的众多热兵器（如核弹）与之前的冷兵器不可同日而语。如果让古人与现代人发生战争，在此引用一段《三体》中的场景。

三体水滴探测器

“当成群结队的人类舰队排列整齐的出现在三体文明的一颗水滴探测器前，外表看似美丽无害的“水滴”仅仅使用简单的撞击用人类无法理解的坚硬与加速度瞬间毁灭了人类舰队，被分分钟教做人”。就这样，“毁灭你，于你何干”。当然，在《三体》中还有更高级的文明，其使用的武器看起来更加人畜无害（二向箔），人们看见后以为是外星文明寄来的卡片，还围着卡片跳起了舞。其结果是可怕的，人类世界（太阳系）整个被拍扁即二维化。

以上例子说明了基础物理研究对人类的重要性，在高等文明眼中我们就如原始人或动物一般的存在。就算没有高等文明的入侵，人类如若安于现状，享受满足于当下的生活。再次容许我再引用《三体》中另一句话：“弱小和无知不是生存的障碍，傲慢才是。”

由此可知当人们获得了对事物本质的认知后，将极大可能在能源、生命科技、气候、环保、通信等多领域取得革命性的突破。同时我们也知道殊途同归、大道至简，世上无论是很多道理或者学科之间都有不同层度的联系，暗物质的研究取得突破势必会对大型粒子对撞机在研究基础粒子方面、可控核聚变等诸多领域作出较大贡献，进而更进一步加深我们对客观事物的了解。

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