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導讀
如果中國發現了暗物質，可以說，這是幾百年來，中華民族對人類科學做出的最有份量的貢獻。
本僧掐指一算，宇宙中可見物質佔4.9%，暗物質佔26.8%，暗能量佔68.3%，阿彌陀佛~
話說到這份上，不得不面對一個尷尬的事實：假設你隨手指著夜空中最亮的星星說「那恆星有五顆行星十顆衛星」，蒙中的概率是萬分之一，那麼天文學家用最尖端科技，要蒙中這個數字的概率也就百分之一。
科學越到前沿越不靠譜，這是主基調。比如這個：某牛叉物理學家提出的膜宇宙模型。
為了顯得更博學，說暗物質都會順帶提一句暗能量。其實吧，把「暗能量」和「暗物質」放一起是很業餘的（呃，我本來就是業餘的），兩者雖然同屬「暗」字輩，本質上卻大相逕庭。
古人把解釋不了的現象歸結於上帝，科學家遇到解釋不了的現象，就把這黑鍋甩給「暗某某」，「暗」這個字並不是一種分類，而是「黑鍋」的意思。暗物質和暗能量都是背鍋小能手，先簡略說說「暗能量」背的這口鍋。
暗能量
假設宇宙是大爆炸產生的。按理說，宇宙這鍋粥被炸開之後，在引力的相互吸引下，應該是膨脹的越來越慢，比如，外圍的星系受到中心地帶大量星系的吸引，應該會慢慢降低遠離的速度。
而目前觀察到的宇宙，仍然在加速膨脹，外圍的星系還在加速遠離，這又沒裝發動機，是什麼東西在作祟？得了，找人來背鍋吧，於是就有了暗能量的概念。
正如一千年前的人不知道東西為啥會自主往下掉，現在的人也不知道為啥星系會自主往外飛。暗能量是一種奇怪的斥力，充斥在宇宙的角角落落，不斷把東西往外扯，把宇宙撐大，但暗能量的密度卻不會隨著宇宙膨脹而稀釋，所以也有人稱它為「真空力」，是真空本身具有的一種排斥力。
暗能量目前只是一個概念，很可能是有別於四大基本力之外的第五種基本力。至於怎麼證實或找到暗能量，科學家折騰了幾十年還沒找著門，咱也不多說了。
相比來說，暗物質的境況要好的多，至少已經有了相關的理論，指不定哪天這黑鍋就不用背了。
暗物質的起源
天文學家個個都是福爾摩斯，僅僅根據一顆恆星亮度的變化規律，就能演算出各種活靈活現的參數。然而，在計算體重時，天文學家算懵圈了。
天體質量的計算有幾種方法：通過恆星相對星系中心的運行規律、星系相對星系團中心的運行規律，再根據萬有引力公式計算質量；根據光譜特徵與已知質量恆星的比較，可以計算恆星溫度，再進一步計算出密度，再計算出恆星質量；根據光線彎曲情況，利用引力透鏡效應計算引力和質量。
好了，有些手欠的科學家，把這些測量方法都算了一邊，結果發現不同方法測量的質量不一樣。舉個例子，順便為了紀念，放個靚圖：
這張著名的照片，講的是哈勃太空望遠鏡捕捉到的兩個星系團相撞的故事，按照引力透鏡效應（光線被引力彎曲的程度），計算出藍色區域的引力遠遠大於這些恆星的總和。也就是說，那些黑暗的地方，還隱藏著更多的引力，這張照片被認為是最重要的暗物質線索之一。
這和紀念有啥關係？今天看到報導，哈勃正在向地球掉落，美國宇航局並沒有計劃阻止其軌道衰減過程，哈勃可能很快會迎來生命終點。下圖是太空人最後一次維修時拍攝的「哈勃」太空望遠鏡。
回到主題。質量對不上號，要麼是你的引力計算公式有問題，要麼就得找人來背黑鍋。如果公式有問題，物理學又得推倒重來，這動靜可就大發了，於是大家紛紛表示，公式不會錯，一致把這黑鍋甩給了「暗物質」！一種「只有引力，沒有電磁作用」的怪胎。提個醒，光是電磁波，如果暗物質不和電磁波發生作用，意味著這貨「看不見卻有引力」。
令人驚訝的是，很多理論居然變得無比通暢！於是大家馬上痛打落水狗，把很多解釋不通的問題，通通算到暗物質頭上，比如，因為有暗物質的引力在拖後腿，星系團聚集的過程就會受到影響，這和目前觀察到的星系團形成規律比較吻合；再比如，按牛頓定律，高速旋轉的星系，早應該把外側星系甩出去了，是暗物質的引力默默維持著星系不散架；還比如，一直遭人詬病的「宇宙背景輻射」也信誓旦旦：「為什麼輻射漲落特徵是這副德行，就是因為暗物質這個挨千刀的在搞鬼！」
大家相視一笑，對於暗物質，那真是丈母娘看女婿，越看越歡喜，關於暗物質的各種「宇宙模型」紛至沓來，然後各種探測暗物質的試驗如火如荼開展，一大波人叫囂道：暗物質，你就快快從了吧！
尋找暗物質
現代人找暗物質，和古人找空氣分子如出一轍。「引力波測量」只是剛出生的嬰兒，指望他去收拾暗物質這種老江湖，是肯定指望不上的。
注意，本僧要放大招了：人類科技裡精度最高的測量手段，是對「電子和光」的測量，基本可以探測到單個光子和單個電子。所以，絕大部分實驗，無論是引力波、暗物質、量子糾纏，還是微小距離變化什麼的，最終都是想辦法轉化成電子信號或光信號。
直接探測
暗物質的探測原理簡單到無以復加：當暗物質跟氙原子發生碰撞時，氙原子就會發光，同時產生自由電子。簡而言之，如果靜置的液氙無緣無故發出微弱的光子和電子，我們就認為有暗物質。
這個原理和蕩千秋一樣，鞦韆最穩定的狀態是停在最低點，如果輕推鞦韆，使之處於有能量的搖擺狀態，鞦韆靠摩擦以熱量的方式不斷釋放能量，慢慢回歸最穩定狀態。而在微觀世界，能量的釋放經常以光子或電子的形式。
強調一下這裡的詭異，暗物質不發生電磁作用，意味著可見光、紅外線、X光、雷達波等等都無法探測，但這貨卻實打實與實物粒子發生了碰撞，典型的「看不見卻摸得著」，這事在我們這兒俗稱「見鬼」。
這套路算比較高端了，暗物質目前連影子都沒有，所以不太高端的間接測量也備受熱寵。
間接測量
為了滿足暗物質這種詭異的屬性，物理學家費了好大功夫把「暗物質」打扮得花裡胡哨。根據這個花裡胡哨的模型，兩個暗物質湮滅會產生伽馬射線或正負粒子對，這樣的話，星系暈應該會有大量伽馬射線、反質子和正電子。只要把這些東西找齊了，就能間接證明暗物質的存在。
這套路看起來著實有點懸，好在粒子物理永遠還有一個老朋友：對撞機。實在不行了，就拿對撞機轟一轟，看看能不能撞出個暗物質粒子。撞不出來咋辦？繼續提高能量唄，要是還不行就繼續提高！
前文說過的歐萌那個燒了大錢的對撞機LHC，目前只撞出個「上帝粒子」，遠遠沒有達到大夥的心理預期，但是想撞超弦理論，又沒戲，所以很想撞個暗物質粒子，不過現在看起來夠嗆。
進展
要說土共某技能世界第一，鍵盤俠還會嘟囔幾句，但要找幾個土共沒進世界前五的領域，估計也得費點勁。關於暗物質探測，土共難得在基礎科學領域這麼有底氣，上次引力波被人搶了先，這次越看越像急眼了。
錦屏地下實驗室
直接探測暗物質的原理是，只要探測到液氙無緣無故發出光子和電子就行了，但是很多射線和中子也會導致氙原子發光，所以為了屏蔽宇宙射線，暗物質實驗室通常建在很深的地下。
2400米深的中國錦屏地下實驗室
雖然躲地下宇宙射線強度只有地面的千萬分之一到億分之一，但巖石本身也有微弱的放射性，所以還得折騰。
下面走一波高清圖，近距離感受一下暗物質實驗室。首先挖個坑，周圍裹上百噸的聚乙烯、鉛及高純銅組成的屏蔽層：
然後把液氙放到罐子裡：
再把罐子放到坑裡：
罐子的上下都裝了高靈敏的傳感器：
這些傳感器可以探測到非常微弱的光電信號。
這裡面灌了500公斤液氙，整個叫「PandaX暗物質探測器」，是核心中的核心。
萬事俱備，只欠暗物質撞擊信號，和引力波探測一樣，暗物質實驗人員也開始了守株待兔般的漫長等待。2016年，PandaX公布了3000萬個發光事件，絕大部分都是幹擾信號，只有一個發生在2016年6月11號3點3分6秒的可疑事件，可惜，最終證實這個可疑事件來源於液氙內部的放射性元素氪衰變產生的射線，儘管氪濃度已經低於百億分之一。
目前中國錦屏地下實驗室已經批准兩個暗物質實驗項目，除了這個上海交通大學的PandaX（熊貓計劃）液氙暗物質實驗，還有一個清華大學的CDEX（中國暗物質實驗）高純鍺暗物質實驗，捕捉暗物質粒子與鍺晶體碰撞時產生的信號，原理大差不差。
難能可貴的是，中國暗物質探測的實驗人員異常年輕！說句題外話，貌似現在中西方文化掉了個頭，現在西方年輕人都熱衷於政治，奧地利出了個31歲的總理，三十多歲的最高領導人西方已經有三五個了，而東方年輕人卻開始投身於科學技術。
儘管錦屏實驗室還沒有發現暗物質粒子，但確定性排除了美帝和歐萌多年來宣稱的暗物質存在區域，而且對可能的暗物質候選對象給出了最新的限制。這一茬，土共儼然一副武林霸主的嘴臉。
美帝表示不服，土共不就500公斤麼！美帝帶領37個小弟，打算罐一個7噸的液氙。歐萌也不甘寂寞，打算在意呆利灌一個6噸的。土共不溫不火，錦屏地下實驗室二期工程早已開工，一口氣擴建了30倍，計劃5到10年內，再灌一個20噸到30噸級的，各項性能十倍十倍往上提。
世界最深實驗室前五
No.1 中國錦屏地下實驗室（CJPL）
巖石覆蓋厚度2400米
No.2 美國杜賽爾(DUSEL)二期地下實驗室
巖石覆蓋厚度2300米
No.3 加拿大斯諾(SNO)地下實驗室
巖石覆蓋厚度約2000米
No.4 法國摩丹(Modane)地下實驗室
巖石覆蓋厚度約1700米
No.5 義大利格蘭薩索(GranSasso)地下實驗室
巖石覆蓋厚度約1400米
衛星探測
引力波早在七十年代就有了間接證據，所以大夥只關心直接測量，但暗物質畢竟啥都沒，所以間接測量也雙管齊下。
衛星「悟空」發射
2015年底發射的「悟空」暗物質粒子探測衛星，主要進行高能電子及高能伽馬射線探測任務，屬於間接探測。
「悟空」攜帶了四個探測器，其中最為核心的是電磁量能器(BGO)，用於測量宇宙射線的能量。中科院量產的BGO晶體已經達到600毫米，遠遠甩開第二名的400毫米，能量解析度全球第一！從國際上說，悟空是全世界最先進的暗物質探測衛星，從國內說，悟空的技術難度超過了我國目前所有的上天高能探測設備。
為啥說土共急眼了呢？西藏阿里天文臺最近也加大了暗物質探測方面的投入，作為全球唯一海拔超過5000米的天文臺，大氣幹擾少，優勢也不容小覷。
關於暗物質衛星，還有個鮮為人知的新聞。美帝有個阿爾法磁譜儀項目，安裝於國際空間站上，探測暗物質和反物質。按理說，國際空間站的事情美帝都是不允許土共沾手的，這次卻破例非要拉著土共一起幹，說了一堆冠冕堂皇的理由。
其實原因呢，很簡單，土共現在的BGO晶體和永磁體系統已經遙遙領先，這是阿爾法磁譜儀最核心的部件。項目負責人、美籍華人丁肇中以及諸多美帝同仁，多次稱讚「中國科學家為磁譜儀實驗作出了決定性貢獻。」感興趣的同學可以搜索關鍵詞「阿爾法磁譜儀」。
國際空間站的阿爾法磁譜儀
晶體製備
記性好的小盆友，是不是對土共的「晶體」有些印象？前文幾次提到土共的技能，經常和這貨沾邊，用於量子通信的糾纏光子的製備，上海光機所的功率5.13拍瓦雷射的世界記錄，如此等等。再說則趣聞。
2016年2月，美國APC（先進光學晶體）公司宣布與克萊門森大學合作，研製出氟代硼鈹酸鉀晶體（KBBF），具有與中國同類產品相媲美的性能，打破了中國技術封鎖，價格也比從中國進口便宜許多。
這種晶體可用於製造深紫外雷射器，2009年中國開始禁止向國外出口。雖然美帝2016年突破了技術封鎖，可惜，2015年中國福建物構所發現新型無鈹深紫外非線性光學晶體材料LSBO，有望成為下一代深紫外非線性光學晶體。「美弟」還得努力啊！
科學價值
如果中國發現了暗物質，可以說，這是幾百年來，中華民族對人類科學做出的最有份量的貢獻。按照以前的德行，基本粒子通常是發現一個就頒一個諾貝爾物理學獎，暗物質粒子絕對夠得上十個諾貝爾獎。這好比，大家進山去尋找新物種，以前找的都是地上跑的，「暗物質粒子」相當於出現了一個天上飛的物種，從此地面上玩的那套全得改寫，這份量足以撼動物理學大廈！
基礎科學的突破，一定會帶來技術的發展，但具體怎麼發展就說不清了。當年法拉第發現電磁感應現象（可以簡單理解為人類能發電了），有人就嘲笑的問道：「這種在導體裡流動的東西有什麼用？」現在，你能停電一個月嗎？
暗物質具體有什麼用？這個問題得問你的孫子或孫女，搞不好是你的孫子輩問了曾曾孫，然後把答案燒給你。