寻找暗物质之旅

想象一下，你站在漆黑的森林里，手中手电筒的光束照亮了一小片区域：有几棵高大的树木、一些低矮的灌木，或许还有几只在夜间活动的小动物。但你知道，在周围看不见的黑暗中还隐藏着更多东西。其实，这个场景也是人类对宇宙的认知。

本期TED大会邀请美国理论物理学家、粒子物理学家昌达·普雷斯科德-温斯坦（Chanda Prescod-Weinstein），为大家讲述宇宙中的暗物质。

（图源《知识就是力量》杂志）

宇宙的深处

宇宙中的所有可见物都由一系列基本粒子组成，人们对它们进行了命名，并绘制出了标准模型。虽然这个模型非常精美，但现在科学家确信，它所描述的不过是宇宙物质的一小部分。因为宇宙中的可见物质——如我们人类本身、恒星和行星其实只是宇宙物质中的“异类”，而塞满宇宙的大部分物质，例如暗能量和暗物质，它们并不发光，也不发射电磁波，从来没有被直接“看”到过。

（图源《知识就是力量》杂志）

暗物质最初被提出来时，并没有得到学界的认可，但随着天文观测和相关实验的增加和完善，科学家发现，宇宙中那些恒星、星系的运动确实受到了一些不可见物质引力作用的影响。时至今日，我们依然没有观测到暗物质，它就像一个隐形人，穿着一套完整的衣服，站在那里，我们看不见它，但因为衣物呈现的轮廓，我们相信它的存在。

宇宙物质比例示意图（图源《知识就是力量》杂志）

崭新的思考

目前，科学家认为不可见物质约占宇宙的95%，其中，暗能量驱动着宇宙空间的膨胀，暗物质则主要聚集在星系的外围，具有显著的引力效应，从边缘影响星体的运动和星系在时空上的分布。

我们虽然已经了解宇宙中的暗物质有多少、如何分布，却依然不知道它到底是什么样的粒子。这些年，科学家正在不断尝试新的假设，试图攻克这个看不见、摸不着的难题。

新的设备正在为我们助力。例如薇拉·鲁宾天文台（Vera C.Rubin Observatory）中的望远镜，可能会在2年内观测到宇宙诞生的第一束光。覆盖电磁波谱各频段的望远镜，会让我们有机会确定暗物质到底是什么。

图暗物质 银河系暗物质分布艺术效果图，实际的暗物质并没有颜色，如果光线照到它们，会直接穿过去。想象一下，你伸出手，手中有一大团暗物质，你或许只能感受到它的重量，却无法看到它的存在（图源《知识就是力量》杂志）

科学家也在尝试用宏观视角来看待微观物质。举个例子，基本粒子分为费米子和玻色子两大类。费米子很讨厌“社交”，在低温条件下，它们依然会相互保持距离；而玻色子则会在冷却到接近绝对零度时挤在一起，形成一团大粒子，我们称之为玻色-爱因斯坦凝聚态。

通常，我们会在实验室里利用原子创造这些量子态，但是现在，我们已经开始尝试模拟宇宙中暗物质的玻色-爱因斯坦凝聚态。

图中模拟的是处于玻色 - 爱因斯坦暗物质构成粒子之一 包裹着一个中心团，随着宇宙演化的推进，轴子组成的光晕正在被逐渐撕裂（图源《知识就是力量》杂志）

人类正身处暗物质研究的绝佳时期，在接下来的10年里，在更新型的望远镜、更精密的粒子探测器、更强大的计算机模拟的帮助下，我们会以前所未有的精度和清晰度观看宇宙。探测暗物质不仅为了满足我们的好奇心，它还能够推动技术创新、促进国际合作、激励下一代科学家的成长。

我们也许会得到一些答案，但也会有更多新问题，正是宇宙的未知激励着人们不断探索。未来的科学家是今天的年轻人，保持你们对宇宙的关注，或许在踏上寻找暗物质的旅程后，你们会揭示出更多令人惊叹的宇宙秘密。

撰文| 李庆康

责任编辑 | 牛一名 张丽涵

运营编辑 | 张丽涵

质量审核 | 业蕾

❖ 来源：《知识就是力量》杂志

《寻找暗物质之旅》❖

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