站在科技前沿,撬动创新支点 01
3959 2015-10-27
在地底寻觅“宇宙幽灵”
——走近全球最深的暗物质探测实验室
这是锦屏山隧道。中国锦屏地下实验室便在这隧道中部,上方是巍巍锦屏山(2014年12月24日摄)。 新华社记者 沈伯韩 摄
新华网成都9月23日电(记者李华梁)什么是暗物质?
普通人对它的直观认识多来自科幻作品。在电影《变形金刚》中,机器人“禁闭”所驾驶的飞船就是由它驱动进行星际航行的。
在刚刚斩获世界科幻文坛最高奖的小说《三体》里,它是太阳系遭受高级外星文明攻击后的隐形残骸。
这些奇幻创作的科学依据就来自人类久寻不得的“暗物质”。全球最深的暗物质探测实验室——中国锦屏地下实验室,地处四川南部地底深处,在那里,一批中国科学家正寻找目前还是理论存在的暗物质,希望觅得被科学界称为“宇宙幽灵”的蛛丝马迹。
全国科普日到来之际,新华社记者来到锦屏地下实验室,带你了解中国的暗物质研究。
科学家:暗物质份额远超人类可看到的物质
如果把21世纪现代物理学和天文学比作“晴朗天空”,暗物质和暗能量则被看作“两朵乌云”,两者难以用现有理论解释。
这不是物理学“天空”第一次出现“乌云”。
19世纪末,以牛顿经典力学为基础的经典物理学大厦被认为“已经建成”,仅需“修修补补”。但有两个实验结果与理论预测不相符的问题:黑体辐射和以太漂移,这“两朵乌云”漂浮于当时的物理学“天空”中。
正是这“两朵乌云”,催生了物理学在20世纪初期的两场革命:相对论和量子力学,两者极大改变了人类对宇宙的认识。
旧云方散,新“云”又来。存在于物理学天空的“新乌云”至今仍横亘在研究的“天空”。十多年前,,美国国家研究理事会将“什么是暗物质”列为21世纪与宇宙相关的重大前沿科学问题之首。
“暗物质这么被大家‘惦记’,因为它涉及宇宙产生和演化的一些最基本问题。”上海交通大学物理与天文系特别研究员刘江来说。
据悉,科学家曾尝试用力学和光度两种不同的方法测量整个宇宙的质量。令人惊讶的是,两者结果差异巨大。就好像分别用度量准确的杆秤和电子秤称量同一个苹果,结果却出现了数量级差异。换句话说,在现有的理论框架下,如果仅有肉眼可见的物质,是无法维持宇宙运行的。进一步说,如果没有暗物质,星系早已分崩离析,四散奔逃。
中国“千人计划”专家、上海交通大学鸿文讲席教授季向东将暗物质比喻成宇宙中的“幽灵”。他说,迄今的研究和分析表明,暗物质在宇宙中所占的份额远远超过目前人类可以看到的物质。“我们通常所观测到的普通物质只占宇宙质量的5%。”