看不見、摸不著、重如山？
在現(xiàn)代天文學(xué)界和物理學(xué)界，有一個(gè)被科學(xué)家稱為“世紀(jì)之謎”的問題待解，它也是困擾現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展的一個(gè)重大難題，這便是暗物質(zhì)，暗物質(zhì)的本質(zhì)到現(xiàn)在還不清楚。
1937年，天文學(xué)家弗里茲·扎維奇發(fā)現(xiàn)，大型星系團(tuán)中的星系具有極高的運(yùn)動(dòng)速度，然而星系的運(yùn)行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出萬有引力公式計(jì)算出的結(jié)果，這表明除了人類已知的星系團(tuán)核心物質(zhì)對該星系的引力外，還存在其他引力。天文學(xué)家進(jìn)一步推斷，在人類已知的宇宙物質(zhì)之外，還有一種物質(zhì)存在。平常人很難理解暗物質(zhì)，常進(jìn)告訴記者：“這個(gè)物質(zhì)很奇怪，不僅本身不發(fā)光，而且光線也射不進(jìn)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?！?br> 常進(jìn)介紹，最新的天文觀測表明，宇宙的組成包括普通物質(zhì)、暗物質(zhì)和暗能量，其中暗物質(zhì)占宇宙25%，暗能量占70%，我們通常所觀測到的普通物質(zhì)只占宇宙質(zhì)量5%。宇宙“暗”的一面，主宰了整個(gè)宇宙。
有趣的是，愛因斯坦曾提出暗物質(zhì)這個(gè)概念，又被他自己否定了，原因很簡單，他認(rèn)為暗物質(zhì)破壞了他的經(jīng)典論著《相對論》的優(yōu)美。
尋找暗物質(zhì)——全球24個(gè)實(shí)驗(yàn)室競相追逐。
科學(xué)發(fā)展到今天，已經(jīng)到了尋找暗物質(zhì)的黃金時(shí)期。有關(guān)專家預(yù)計(jì)，全球大約有24個(gè)研究小組在尋找暗物質(zhì)。2000年，正在意大利大薩索山脈附近的一個(gè)地下實(shí)驗(yàn)室工作的意大利科學(xué)家聲稱已經(jīng)探測到一個(gè)暗物質(zhì)信號(hào)。但沒有人能再現(xiàn)這一結(jié)果，而且這一斷言沒有得到科學(xué)界的廣泛認(rèn)可。
常進(jìn)說：“盡管從上世紀(jì)30年始，天文大尺度觀測實(shí)驗(yàn)多次間接驗(yàn)證了暗物質(zhì)的存在，但物理上直接的觀測證據(jù)到現(xiàn)在還沒有找到，暗物質(zhì)探測成為目前科學(xué)界最大熱點(diǎn)之一，但誰都沒有真正看過它的真面目。”
突破口——先找暗物質(zhì)的“兒子”。
暗物質(zhì)找不到？沒有關(guān)系，可以先找找它的兒子。常進(jìn)告訴記者，世界上的物質(zhì)都有反物質(zhì)，當(dāng)一個(gè)物質(zhì)遇到一個(gè)反物質(zhì)的時(shí)候，兩者都會(huì)被摧毀，由此產(chǎn)生巨大的能量。但是暗物質(zhì)非常獨(dú)特，它的反物質(zhì)就是本身，如果暗物質(zhì)粒子和自身的反物質(zhì)粒子發(fā)生碰撞，那么所產(chǎn)生的能量將更大。如果能夠監(jiān)測到暗物質(zhì)粒子碰撞后產(chǎn)生的“兒子”，也就是高能電子，其流量遠(yuǎn)高于正常值，這就間接證明有暗物質(zhì)的產(chǎn)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(shù)復(fù)雜，價(jià)格昂貴。紫金山天文臺(tái)空間天文試驗(yàn)室一直在探索尋求一種簡單有效的觀測高能電子方法。
美國南極長周期氣球項(xiàng)目“ATIC”（先進(jìn)薄電離量能器）本來的主要科學(xué)目標(biāo)是觀測高能宇宙線，電子和伽瑪射線不在其列。1998年，常進(jìn)與“ATIC”接觸，提出用“ATIC”的設(shè)備觀測高能電子和伽瑪射線。經(jīng)過多次溝通，常進(jìn)的建議被“ATIC”接受。
常進(jìn)透露說，別看南極氣候惡劣，卻往往有獨(dú)特的“旋風(fēng)”。由于地球引力，氣球不會(huì)一直升空，如果有了旋風(fēng)，氣球升到離地40公里時(shí)不會(huì)被吹很遠(yuǎn)，可以就地回收再利用，要知道，一個(gè)探測儀器可是上億人民幣，如果在其他地區(qū)，就會(huì)丟失或者亂飄，都會(huì)造成損失或危險(xiǎn)。
“一個(gè)觀測器就重兩噸”，常進(jìn)笑著說，一個(gè)氣球就有足球場那么大，這才能把儀器帶上空。最遠(yuǎn)的一次，觀測儀器甚至飄到了距離始發(fā)地4000公里的地方，由于有高科技的定位系統(tǒng)，所以很快被搜尋到。常進(jìn)告訴記者，目前我們國家正努力爭取制造自己探測儀器。
十年努力終獲認(rèn)可
2000年底至2001年初，經(jīng)過改造后的“ATIC”觀測設(shè)備在南極升空觀測高能電子。常進(jìn)介紹，首次觀測非常成功，他們獲得了大量高能電子的數(shù)據(jù)。但經(jīng)過計(jì)算和研究后發(fā)現(xiàn)，他們所觀測到的高能電子的流量與目前學(xué)界已掌握的情況有較大差異。
據(jù)了解，以往學(xué)界普遍認(rèn)為太陽系附近的高能電子主要來源于超新星遺跡，并建立了太陽系高能電子流量模型?？伤麄儷@得的高能電子的流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了模型預(yù)計(jì)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(jìn)告訴記者，這有很多種可能，經(jīng)過分析，他們發(fā)現(xiàn)觀測結(jié)果與目前暗物質(zhì)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(zhì)粒子湮滅時(shí)所產(chǎn)生的。這樣的研究結(jié)果讓研究團(tuán)隊(duì)非常激動(dòng)，但課題組認(rèn)為還需要對這一結(jié)果進(jìn)行多次觀測驗(yàn)證。
此后的7年中，常進(jìn)與合作者在南極進(jìn)行了3次觀測（其中1次因氣球漏氣失?。麄児灿^測到3000多萬個(gè)宇宙線粒子，經(jīng)過層層篩選，他們找到210個(gè)高能電子。在翔實(shí)的數(shù)據(jù)面前，研究人員在說服自己的同時(shí)，也得到了業(yè)內(nèi)人士的認(rèn)可。
發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)粒子湮滅證據(jù)？
“當(dāng)然這些還待進(jìn)一步觀測研究去檢驗(yàn)，”常進(jìn)說，一旦被證實(shí)，那就意味人類首次發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)存在的形式，這將是現(xiàn)代天體物理學(xué)的重大突破。
常進(jìn)表示，目前高能電子的觀測精度還可以進(jìn)一步提高，并不排除這些不明來歷的高能電子來自于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于“特殊天體”的高能電子。
常進(jìn)告訴記者，他們的研究剛剛開始。今后，他與研究團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步提高觀測設(shè)備精度，以期得出更加翔實(shí)的數(shù)據(jù)，找到更為充分的證據(jù)。
目前高能電子的直接驗(yàn)證告一段落，不久將證明這與暗物質(zhì)不相關(guān)。
何為暗物質(zhì)，逐步將從觀念上進(jìn)行改變，多維空間的認(rèn)識(shí)是對暗物質(zhì)認(rèn)識(shí)的關(guān)鍵所在。暗物質(zhì)之間發(fā)生作用產(chǎn)生的能量是非三維的暗能量，不會(huì)釋放我們認(rèn)識(shí)的三維空間的那種能量。
暗物質(zhì)是怎么存在的呢？
暗物質(zhì)是物質(zhì)的非三維的那部分狀態(tài)或?qū)傩?。不管是我們?nèi)诉€是萬物都有暗物質(zhì)的部分，我們已知的三維部分只是多維部分的很少的一部分，這也應(yīng)正了之前的發(fā)現(xiàn)。暗物質(zhì)之間發(fā)生相互作用只在相同維度有作用力，在不同維度之間作用力為零。