在宇宙尺度上，各類天體的分布和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全是由所有物質(zhì)的引力決定的。通過觀測(cè)可見天體的分布和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，科學(xué)家確定，目前可見天體提供的引力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能解釋我們所觀測(cè)到的事實(shí)。由此推測(cè)，星系中可能還存在大量的神秘物質(zhì)，提供了額外的引力——這種神秘物質(zhì)就是暗物質(zhì)。
暗物質(zhì)“暗”嗎？目前來(lái)說，是的。它不發(fā)生電磁相互作用，無(wú)法發(fā)出、反射或吸收光，因此無(wú)法用常規(guī)的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)。實(shí)際上，暗物質(zhì)尚未被人類既有的各種儀器所“看見”。
“看”不見也摸不著，卻很重要。作為宇宙中的“無(wú)形力量”，暗物質(zhì)無(wú)處不在，和暗能量一起，占據(jù)宇宙的大部分。暗物質(zhì)提供的引力決定了宇宙物質(zhì)的分布和演化。
因?yàn)樽陨淼囊Γ滴镔|(zhì)也會(huì)互相吸引從而形成結(jié)構(gòu)，我們稱之為暗物質(zhì)暈。一個(gè)和地球質(zhì)量相同的球形暗物質(zhì)暈，其直徑差不多有1光年。
按照科學(xué)界的主流計(jì)算模型，假定暗物質(zhì)粒子為質(zhì)量100GeV（約100個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量）的超對(duì)稱粒子，那么，我們周圍暗物質(zhì)粒子的密度大約為每立方米5000個(gè)。由此可見，每秒鐘都會(huì)有暗物質(zhì)穿過我們的身體，我們對(duì)此卻毫無(wú)察覺。曾經(jīng)有科學(xué)家嚴(yán)肅地思考暗物質(zhì)粒子是否會(huì)影響人類日常生活。但因?yàn)槲覀儗?duì)暗物質(zhì)的認(rèn)識(shí)實(shí)在有限，許多問題的答案始終是“霧里看花”，暗物質(zhì)也成為籠罩在自然科學(xué)領(lǐng)域頭頂?shù)囊欢洹盀踉啤薄?/p>
隨著科學(xué)的飛速發(fā)展，人類積極嘗試各種方法，努力“看”清暗物質(zhì)。如何讓暗物質(zhì)不再“暗”？大型加速器嘗試通過高能粒子的碰撞生成暗物質(zhì)粒子；埋藏在地層深處的暗物質(zhì)粒子探測(cè)器，在一個(gè)杜絕干擾的“純粹”環(huán)境里靜靜等待暗物質(zhì)的拜訪；太空中的暗物質(zhì)探測(cè)器，嘗試捕捉暗物質(zhì)粒子之間相互碰撞、湮滅所迸發(fā)的高能光子和電子信號(hào)；不同的天文望遠(yuǎn)鏡則通過引力透鏡、動(dòng)力學(xué)、星系巡天等各種天體物理方法，嘗試限制暗物質(zhì)粒子的屬性……
一旦在暗物質(zhì)探測(cè)中獲得顯著進(jìn)展，意味著什么？我們所熟悉的元素周期表中的所有元素，還有各種粒子，包括夸克、電子、質(zhì)子、中微子、光子等，僅僅占了所有物質(zhì)成分的一小部分，其余部分蘊(yùn)藏著海量未知的秘密。就像100多年前出現(xiàn)的相對(duì)論和量子力學(xué)對(duì)科學(xué)產(chǎn)生巨大影響，一旦揭開暗物質(zhì)的“神秘面紗”，是否會(huì)讓人類超越現(xiàn)在的認(rèn)知，將科學(xué)技術(shù)提升到新高度？是否能更深入地了解宇宙的本質(zhì)，幫助人類打開未來(lái)發(fā)展大門？我們對(duì)這些問題的答案充滿期待。
（作者為中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)首席科學(xué)家）
《 人民日?qǐng)?bào) 》（ 2025年04月26日 05 版）