尋找暗物質之旅

想象一下，你站在漆黑的森林里，手中手電筒的光束照亮了一小片區域：有幾棵高大的樹木、一些低矮的灌木，或許還有幾只在夜間活動的小動物。但你知道，在周圍看不見的黑暗中還隱藏著更多東西。其實，這個場景也是人類對宇宙的認知。

本期TED大會邀請美國理論物理學家、粒子物理學家昌達·普雷斯科德-溫斯坦（Chanda Prescod-Weinstein），為大家講述宇宙中的暗物質。

宇宙的深處

宇宙中的所有可見物都由一系列基本粒子組成，人們對它們進行了命名，并繪制出了標準模型。雖然這個模型非常精美，但現在科學家確信，它所描述的不過是宇宙物質的一小部分。因為宇宙中的可見物質——如我們人類本身、恒星和行星其實只是宇宙物質中的“異類”，而塞滿宇宙的大部分物質，例如暗能量和暗物質，它們并不發光，也不發射電磁波，從來沒有被直接“看”到過。

暗物質最初被提出來時，并沒有得到學界的認可，但隨著天文觀測和相關實驗的增加和完善，科學家發現，宇宙中那些恒星、星系的運動確實受到了一些不可見物質引力作用的影響。時至今日，我們依然沒有觀測到暗物質，它就像一個隱形人，穿著一套完整的衣服，站在那里，我們看不見它，但因為衣物呈現的輪廓，我們相信它的存在。

嶄新的思考

目前，科學家認為不可見物質約占宇宙的95%，其中，暗能量驅動著宇宙空間的膨脹，暗物質則主要聚集在星系的外圍，具有顯著的引力效應，從邊緣影響星體的運動和星系在時空上的分布。

我們雖然已經了解宇宙中的暗物質有多少、如何分布，卻依然不知道它到底是什么樣的粒子。這些年，科學家正在不斷嘗試新的假設，試圖攻克這個看不見、摸不著的難題。

新的設備正在為我們助力。例如薇拉·魯賓天文臺（Vera C.Rubin Observatory）中的望遠鏡，可能會在2年內觀測到宇宙誕生的第一束光。覆蓋電磁波譜各頻段的望遠鏡，會讓我們有機會確定暗物質到底是什么。

科學家也在嘗試用宏觀視角來看待微觀物質。舉個例子，基本粒子分為費米子和玻色子兩大類。費米子很討厭“社交”，在低溫條件下，它們依然會相互保持距離；而玻色子則會在冷卻到接近絕對零度時擠在一起，形成一團大粒子，我們稱之為玻色-愛因斯坦凝聚態。

通常，我們會在實驗室里利用原子創造這些量子態，但是現在，我們已經開始嘗試模擬宇宙中暗物質的玻色-愛因斯坦凝聚態。

人類正身處暗物質研究的絕佳時期，在接下來的10年里，在更新型的望遠鏡、更精密的粒子探測器、更強大的計算機模擬的幫助下，我們會以前所未有的精度和清晰度觀看宇宙。探測暗物質不僅為了滿足我們的好奇心，它還能夠推動技術創新、促進國際合作、激勵下一代科學家的成長。

我們也許會得到一些答案，但也會有更多新問題，正是宇宙的未知激勵著人們不斷探索。未來的科學家是今天的年輕人，保持你們對宇宙的關注，或許在踏上尋找暗物質的旅程后，你們會揭示出更多令人驚嘆的宇宙秘密。

（責任編輯 / 牛一名 美術編輯 / 徐博宇）