暗物質存在形式已發現？

一經證實，意味著人類首次發現了暗物質存在的形式，將是物理學的重大突破

若不被證實，對解決宇宙起源這一未解之謎也意義重大

宇宙份額：在宇宙中占5%

觀測情況：人類可以看到，直接觀測到

存在形式：已知。物質的種類形態萬千，物質的性質多種多樣，人類對其存在形式已經相當瞭解。 

宇宙份額：在宇宙中占90%，遠遠超過目前人類可以看到的物質。 

觀測情況：雖有大量觀測間接表明其存在，但缺乏直接觀測證據。 

存在形式：直到目前為止，人類還不知道它以怎樣的形式存在，抓住暗物質成為科學界競相追逐的目標。 

暗物質被稱為「世紀之謎」。它「霸佔」了宇宙90%的地盤，卻摸不到看不著，甚至讓愛因斯坦都迷糊了，否認了它的存在。令人興奮的是，經過10年觀測，紫金山天文台專家捕捉到了很可能是暗物質留下的「足跡」——高能電子，這可能是暗物質存在的一個有力證據。

2008年11月20日，《Nature》上發表了中國天文學家、中科院紫金山天文台研究員常進與國外同行合作的宇宙高能電子空間觀測新發現《宇宙電子在3000-8000億電子伏特能量區間發現「超」》。如果這一成果被進一步證實，這將是人類第一次發現暗物質粒子湮滅的可能證據，也將是現代物理學的重大突破。

以嚴謹著稱的《Nature》經過多輪考察，以介紹論文第一作者的形式對常進進行了專訪，刊登在同期刊物上。該項研究成果引起科學界廣泛關注。 《Science》將以「Dark Matter Story」 為題重點介紹該成果。此外，英國的《新科學家》（New Scientist），美國《紐約時報》（New York Times）、美國航空航天局科學中心《science@nasa》等國外主流媒體都將在11月20日或稍後對該成果進行報道。評論普遍認為，該觀測如果被證實，將是人類第一次發現暗物質粒子湮滅的證據。同時在天文觀測中，開啟了一個新的「窗口」，意義十分重大。有專家評論認為，即使最後發現不是暗物質粒子湮滅的證據，常進等科學家的觀測對揭開宇宙起源也有重大意義。

學界轟動

什麼是暗物質

看不見、摸不著、重如山

在現代天文學界和物理學界，有一個被科學家稱為「世紀之謎」的問題待解，它也是困擾現代物理學發展的一個重大難題，這便是暗物質，暗物質的本質到現在還不清楚。

1937年，天文學家弗裡茲·扎維奇發現，大型星系團中的星系具有極高的運動速度，然而星系的運行速度遠遠超出萬有引力公式計算出的結果，這表明除了人類已知的星系團核心物質對該星系的引力外，還存在其他引力。天文學家進一步推斷，在人類已知的宇宙物質之外，還有一種物質存在。平常人很難理解暗物質，常進告訴記者：「這個物質很奇怪，不僅本身不發光，而且光線也射不進去，所以人是看不到的。最令人驚訝的是，它雖然摸不到，卻有重量和引力，如果前面有個暗物質山，可能會將人壓死。」

常進介紹，最新的天文觀測表明，宇宙的組成包括普通物質、暗物質和暗能量，其中暗物質占宇宙２５％，暗能量占７０％，我們通常所觀測到的普通物質只佔宇宙質量５％。宇宙「暗」的一面，主宰了整個宇宙。

有趣的是，愛因斯坦曾提出暗物質這個概念，又被他自己否定了，原因很簡單，他認為暗物質破壞了他的經典論著《相對論》的優美。

尋找暗物質

全球24個實驗室競相追逐

科學發展到今天，已經到了尋找暗物質的黃金時期。有關專家預計，全球大約有24個研究小組在尋找暗物質。2000年，正在義大利大薩索山脈附近的一個地下實驗室工作的義大利科學家聲稱已經探測到一個暗物質信號。但沒有人能再現這一結果，而且這一斷言沒有得到科學界的廣泛認可。

常進說：「儘管從上世紀30年代開始，天文大尺度觀測實驗多次間接驗證了暗物質的存在，但物理上直接的觀測證據到現在還沒有找到，暗物質探測成為目前科學界最大熱點之一，但誰都沒有真正看過它的真面目。」

突破口

先找暗物質的「兒子」

暗物質找不到？沒有關係，可以先找找它的兒子。常進告訴記者，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，那麼所產生的能量將更大。如果能夠監測到暗物質粒子碰撞後產生的「兒子」，也就是高能電子，其流量遠高於正常值，這就間接證明有暗物質的產生。

觀測氣球有足球場大

國際上高分辨觀測宇宙高能電子能譜是空白，常用的空間磁譜儀方法技術複雜，價格昂貴。紫金山天文台空間天文試驗室一直在探索尋求一種簡單有效的觀測高能電子方法。

美國南極長週期氣球項目「ＡＴＩＣ」（先進薄電離量能器）本來的主要科學目標是觀測高能宇宙線，電子和伽瑪射線不在其列。１９９８年，常進與「ＡＴＩＣ」接觸，提出用「ＡＴＩＣ」的設備觀測高能電子和伽瑪射線。經過多次溝通，常進的建議被「ＡＴＩＣ」接受。

常進透露說，別看南極氣候惡劣，卻往往有獨特的「旋風」。由於地球引力，氣球不會一直升空，如果有了旋風，氣球升到離地40公里時不會被吹很遠，可以就地回收再利用，要知道，一個探測儀器可是上億人民幣，如果在其他地區，就會丟失或者亂飄，都會造成損失或危險。

「一個觀測器就重兩噸」，常進笑著說，一個氣球就有足球場那麼大，這才能把儀器帶上空。最遠的一次，觀測儀器甚至飄到了距離始發地4000公里的地方，由於有高科技的定位系統，所以很快被搜尋到。常進告訴記者，目前我們國家正努力爭取製造自己探測儀器。

十年努力終獲認可

２０００年底至２００１年初，經過改造後的「ＡＴＩＣ」觀測設備在南極升空觀測高能電子。常進介紹，首次觀測非常成功，他們獲得了大量高能電子的數據。但經過計算和研究後發現，他們所觀測到的高能電子的流量與目前學界已掌握的情況有較大差異。

據瞭解，以往學界普遍認為太陽系附近的高能電子主要來源於超新星遺跡，並建立了太陽系高能電子流量模型。可他們獲得的高能電子的流量遠遠超出了模型預計的流量。這意味著高能電子還存在別的「起源」。

不明來源的高能電子究竟來自何處？常進告訴記者，這有很多種可能，經過分析，他們發現觀測結果與目前暗物質理論模型相吻合。表明這些不明來源的高能粒子將有可能是暗物質粒子湮滅時所產生的。這樣的研究結果讓研究團隊非常激動，但課題組認為還需要對這一結果進行多次觀測驗證。

此後的７年中，常進與合作者在南極進行了３次觀測（其中１次因氣球漏氣失敗），他們共觀測到３０００多萬個宇宙線粒子，經過層層篩選，他們找到２１０個高能電子。在翔實的數據面前，研究人員在說服自己的同時，也得到了業內人士的認可。

發現暗物質粒子湮滅證據？

「當然這些還待進一步觀測研究去檢驗，」常進說，一旦被證實，那就意味人類首次發現了暗物質存在的形式，這將是現代天體物理學的重大突破。

常進表示，目前高能電子的觀測精度還可以進一步提高，並不排除這些不明來歷的高能電子來自於太陽系附近的特殊天體。即使這樣，這也是人類第一次直接觀測到來自於「特殊天體」的高能電子。

常進告訴記者，他們的研究剛剛開始。今後，他與研究團隊將進一步提高觀測設備精度，以期得出更加翔實的數據，找到更為充分的證據。

延伸閱讀

宇宙從哪裡來

到哪裡去？

英國愛丁堡大學Taylor教授評價說：「紫台的這個發現即使最後證明高能電子不是暗物質產生的，但他們進行的觀測對解決宇宙線起源這一未解之謎意義重大。」也許我們等不到科學給我們最終的一個正確答案，但不妨先看看科學家猜測宇宙的各種「歸宿」。

循環論：

宇宙是輪迴的

這是科學家最近提出來的。該理論認為，宇宙將永遠不會結束，而是處於從生長到消亡的循環過程中。大爆炸既不是宇宙的起點也非終點，而只是宇宙不同階段的「過渡」，如今的宇宙是在上個宇宙的塵埃中誕生。

膨脹論：

宇宙將不斷膨脹下去

這是英國著名理論物理學家斯蒂芬·霍金等人所持有的觀點。他們認為宇宙將永遠膨脹下去，不斷擴大。最終我們將看到，星體會離我們越來越遙遠，也越來越黯淡。

逆轉論：

宇宙最終會變成一個點

按照這種觀念，宇宙的膨脹速度不僅會減慢，而且會逆轉回去，將所有的物質擠壓，最後濃縮成一個「癥結點」，並在劇烈的大爆炸中消亡。宇宙消亡的時間是今後100億到200億年，也就是在宇宙現有年齡兩倍時。