神秘的暗物质

山东省临沂市高都小学 陈冰冰 杨 津

许多星际大片中都有关于暗物质的描述，因此大家对“暗物质”这个名词一定不陌生。而所有关于暗物质的影片中最具代表性的当属球幕影片《宇宙魅影：搜寻暗物质》，它于2017年6月30日14时在中国科学技术馆举行了首映式。片中对宇宙大爆炸、深入地下的灵敏暗物质探测器、欧洲核子中心的大型强子对撞机进行了一一展示。可到底什么是暗物质呢？它是如何被发现的？人类对暗物质探索的过程以及最新的科学研究进展又是怎样？下面就让我们一起来揭开暗物质的神秘面纱。

关于暗物质的发现是一个有关传统物理学争论的故事。天文学家在观测宇宙的时候，发现了一个奇怪的现象。

我们已经知道，所有的星系（如银河系）都是围绕着星系中心旋转的。根据牛顿万有引力定律可得，，即。由此可知，恒星围绕星系中心做圆周运动的速度，跟星系中心的质量和恒星与星系中心的距离有关。由于星系中心的质量是一定的，那么恒星与星系中心的距离越远，恒星的旋转速度应该越小。可事实是，离星系中心稍远的恒星，跟靠近星系中心的恒星，绕着中心旋转的速度差不多。

就是这么一个奇怪的现象，引发了人们对传统牛顿力学原理的争论，大家对经典力学的科学性产生了怀疑。经过这场对传统牛顿力学科学性的思辨和讨论，有的科学家就提出：只有假设在星系的周围还存在着一定质量的物体，那么观察到的星系运动才能与牛顿传统力学理论的计算结果相吻合。于是，科学家们将这些检测不到的物质定义为暗物质。

随着科技的发展，人们通过引力透镜来观测暗物质。引力透镜不能直接观测到暗物质的真实面貌，但可以确定它们的位置。根据爱因斯坦的广义相对论，当光线经过大质量物体的时候，会压缩空间，使光线发生扭曲。因此，宇宙中那些发生光线扭曲的地方，就是暗物质藏身的地方。

人类虽不能直接观测到暗物质，但是关于暗物质的探索脚步却从未停止。2010 年12 月12 日，位于四川锦屏山的我国首个极深地下暗物质实验室投入使用，它也是全世界最深的暗物质实验室。九年来，该实验室一直在努力探寻宇宙暗物质。正如中国暗物质实验合作组首席科学家康克军所说：“暗物质粒子就像一条鱼，在一个漫无边际的海洋中存在。找到这条鱼，就是找寻暗物质的过程。”我们坚信，未来关于暗物质的研究成果必将引起一场新的物理学革命，引发人类对于物质世界的重新认识。