11月30日，暗物質粒子探測衛星“悟空”公布了首批科學成果：目前國際上精度最高的電子宇宙線能譜。基于能譜的一些異常，科學家們發現了暗物質粒子可能存在的新跡象。

“悟空”的火眼金睛，試圖穿透現代物理學的兩朵烏云之一，讓真相現形。這兩朵烏云，就是暗物質和暗能量。它們圍繞在萬有引力和廣義相對論的上空，已經接近一個世紀。

牛頓和愛因斯坦的引力理論將天體的運行規律歸納在簡潔的公式中，根據一系列參數的設定，科學家們就能模擬出整個宇宙。

然而，從20世紀20年代開始，隨著觀測視野的拓寬，萬有引力和廣義相對論的計算在星系到宇宙的尺度上開始“跑偏”。

比如，根據牛頓萬有引力的計算，太陽圍繞銀河系中心的運行速度應該在160公里每秒左右，然而，科學家們實際觀測到的運行速度達到了240公里每秒。以這樣的速度，太陽應該直接被“甩”出去才對。

愛因斯坦和牛頓，錯了嗎？

除非……銀河系的實際質量，要比目前人類所知的大上10倍！銀河系“謊報體重”！

換句話說，銀河系的大部分，是由我們看不到的神秘物質構成的，它們提供了太陽與銀心之間額外的引力，吸住了高速運行的太陽。這些暗物質和暗能量，仿佛一團暈，籠罩在整個銀河系。

同樣的“懸案”也衍生到了宇宙的整體布局上。若非還有神秘的不可見物質發揮了引力作用，科學家們難以解釋星系們是如何從大爆炸后開始不均勻地分布、遠離，形成如今的狀態。

此時引用柯南道爾的名言，或許恰到好處：排除了一切的不可能，剩下的不管多么難以置信，一定就是真相。

這些不可見的“暗物質”，雖然和人類已知的粒子性質完全不同，但若要捍衛牛頓和愛因斯坦的引力理論，科學家們不得不接受這個全新的假設，上天入地，撒網尋找。隨著新的觀測結果不斷證實，暗物質理論從一開始被斥為“旁門左道”，逐漸登堂入室，成為主流認知。

“悟空”善捉妖，這臺望遠鏡，擁有世界最高探測精度的“火眼金睛”，正是在捉拿挑戰牛頓和愛因斯坦的“妖魔鬼怪”。

那么，“妖魔鬼怪”究竟長什么樣呢？

暗物質是什么樣的？

根據估計，我們只能見到宇宙的5%，而不可見的暗物質大約占27%，暗能量大約占68%。

暗物質和暗能量的比重如此之大，可以說我們隨著地球，穿行在暗物質和暗能量的海洋里。每秒鐘就有上億個暗物質粒子穿過我們的身體。

然而，人類對它們，實在知之甚少。

目前，暗物質只留下了很少的線索，留待科學家們偵探：

它們的壽命很長，宇宙演化初期就已存在；

在四種基本相互作用中，它們不參與強相互作用和電磁作用，否則，我們就會看到；

它們有質量，參與引力作用；

它們可能參與弱相互作用。

以上就是人類對暗物質的全部認知，可以說少得可憐。根據這些模糊的線索，科學家們給暗物質描繪過不同的“嫌疑犯畫像”：軸子、惰性中微子、引力微子等等。

而目前最主流的答案，是WIMPs（弱相互作用大質量粒子）。這個模型假設，暗物質粒子內部具有弱相互作用，大質量則是相對氫原子而言更重。

暗物質怎么找？

要怎樣找到看不見的WIMPs？科學家們真可謂是上天入地。

可行的方案有三種：加速器產生、空間探測、地下探測。

若能量足夠高、流強足夠大，粒子通過加速器對撞，理論上可以產生暗物質。如果WIMPs粒子具弱相互作用，且質量小于35TeV，就可以在世界上最強大的對撞機——歐洲核子中心的LHC上產生。

地下探測，則是為了減少宇宙射線的噪聲，等待每天經過地球的不可見暗物質，能有一些撞飛可見的原子，以此找到暗物質。

上海交通大學、清華大學等團隊就在四川錦屏山下2400米深處建立了地下實驗室，守株待兔，甄別高純鍺和液氙原子被“撞飛”觸發的光電信號，尋找暗物質經過的證據。

“悟空”采取的空間探測，是建立在這樣一個假設的基礎上：就像電子、夸克等粒子具有對應的反物質，WIMPs也應該有對應的反WIMPs。WIMPs和反粒子相互碰撞、湮滅，或者自身發生衰變時就會放出能量，而這些能量多以伽馬射線和高能電子的可見形式釋放出來。

銀河系的中心，理論上是暗物質最稠密的地方。“悟空”本質上是一臺望遠鏡，在500公里高的地球軌道上，守望遙遠的銀心，捕捉并甄別從那里放射的粒子。

“悟空”每天傳送回500萬個粒子信息，其中，有用的電子不到千分之一，而目標光子只有十萬到百萬分之一。最復雜的時候，需要匯集7萬多路電子學信號通道，才能還原一個粒子的信息，就如7萬個盲人摸象。

暗物質已經成為科學界最熱門的“通緝犯”。所有上天入地的團隊，包括國際空間站上，由諾獎得主丁肇中領導20余年的阿法磁譜儀，雖然都在不斷找到新的跡象，但始終沒有得到最終的證據。

所幸的是，與阿法磁譜儀等國際競爭者比起來，“悟空”具有3個世界之最的硬件優勢：最高的能量分辨本領、最寬的觀測能段、最強的高能粒子鑒別本領。“悟空”何時能捉妖成功，尚不得而知。但它的火眼金睛，每天都在一點點拓展人類認知宇宙的邊界。

宇宙觀的刷新

回到文章最初提到的比喻：暗物質和暗能量被許多人稱為現代物理學的兩朵烏云。這顯然是對開爾文勛爵著名烏云比喻的致敬。

19世紀的最后一天，英國著名物理學家威廉·湯姆森（開爾文勛爵）發表了著名的新年致辭：物理大廈已經落成，所剩的只是一些修飾工作。只是，動力理論“美好而晴朗的天空卻被兩朵烏云籠罩了”。

當時這兩朵烏云是“光以太”和“黑體輻射”。為了解決這兩朵烏云，后世出現了兩大學說：廣義相對論和量子力學。

上海交通大學在錦屏地下實驗室的暗物質項目PandaX負責人季向東曾告訴澎湃新聞，很多人會問，找到暗物質有什么用。而他想說的是，找到暗物質，是對人類宇宙觀的顛覆性刷新。這樣的刷新，自哥白尼提出“日心說”以來，也沒有幾次。

中國科學院院長白春禮在“悟空”的成果發布會上，同樣以“烏云比喻”的例子回應“暗物質對人類社會有什么影響”：沒有廣義相對論，人類就不能發展航天技術；沒有量子力學，半導體、量子通信和量子計算都無從談起。可見物質只占到宇宙密度的不到5%，暗物質和暗能量，是我們認知宇宙的全新窗口。