暗物質和暗能量被稱為21世紀現代物理學和天文學晴朗天空中的「兩朵烏雲」，揭開暗物質、暗能量之謎，將是人類認識宇宙的又一次重大飛躍，可能導致一場新的物理學革命。3月18日，國家「973」計劃項目「暗物質、暗能量的理論研究及實驗預研」在京啟動。這標誌著中國科學家將向揭開「兩朵烏雲」之謎發起挑戰。
「隨著越來越多和越來越精確的宇宙學數據的獲得，暗物質、暗能量存在的證據變得越來越清楚。而伴隨著一系列更高精度的天文學觀測實驗的實施，預示著宇宙學研究的黃金時代已經開啟。」項目首席科學家、中科院院士、中科院理論物理所所長吳嶽良說。
上世紀30年代，美國加州理工學院從事天體物理研究的瑞士籍科學家弗裡茲·茲威基研究了星系團內星系的運動。星系團中的星系因被自身引力束縛，運動速度與引力必須達成平衡才不致出軌。而茲威基發現，星系團內星系遠遠不足以產生如此大的引力，一定還存在人類看不見的其他物質，並首次提出暗物質存在的可能性。
而暗物質存在的直觀證據是引力透鏡現象。當遙遠星系發出的光途經某個星系團附近時，光線就會因星系團引力偏折，這時的星系團就好似一個透鏡，朝這個方向望去就會看到巨大的光弧甚至同一個星系的幾個不同鏡像。
「現代宇宙學認為，整個宇宙中物質佔27%左右，暗能量佔73%左右。而在這27%的物質中，暗物質佔90%，夸克物質佔10%。」吳嶽良解釋說，所有已知物質都是由基本粒子組成，夸克物質也就是現今為止人類能解釋其基本粒子構成的所有物質。但暗物質是由什麼組成的仍然是個謎，甚至對於暗物質粒子的質量是多大，仍在幾十個數量級上無法確定。
19世紀末物理學晴朗天空中的「兩朵烏雲」：麥可遜—莫雷實驗和黑體輻射實驗給物理學界帶來了革命性變革，促使「新理論」——「量子論」和「相對論」的發現，極大地推進了人類對物質世界的認識。
吳嶽良認為，理解暗物質和暗能量問題同樣需要發展和建立新的理論，一旦取得突破，將帶來一場重大的物理學和天文學革命。根據愛因斯坦引力理論和目前關於宇宙加速膨脹的天文觀測，暗物質、暗能量與宇宙將來的演化密切相關，通過暗物質、暗能量的研究，人類對物質、時空和宇宙的起源等基本問題將會有更深的認識。
為此，2009年，科技部批准「暗物質、暗能量的理論研究和實驗預研」項目，中科院多個研究所、上海交通大學、中國原子能科學院等多家科研單位參與其中。
吳嶽良介紹說，目前，我國科學家對暗物質和暗能量的研究，無論在理論模型和方法，還是實驗探測和技術方面都已邁出了重要的一步。
在實驗方面，中科院紫金山天文臺利用先進薄電離量能器（ATIC）探測器發現高能電子能譜的「超」，可能與暗物質湮滅有關，結果發表在2008年11月20日的英國《自然》雜誌上，併入選美國物理協會和歐洲物理協會各自評選的2008年度世界物理學領域重大研究進展；中科院高能物理所多位實驗物理學家參與了義大利DAMA實驗組對暗物質的長期探測，報導了有關暗物質粒子的可能信號；上海交通大學在暗物質直接探測的XENON探測技術方面已有基礎；清華大學在低本底、低能量閾高純鍺探測器方面開展了長期研究。
在理論方面，中科院理論物理所、中科院高能物理所、中科院國家天文臺、北京大學、清華大學、中國科技大學、復旦大學等單位的研究人員提出了解釋暗物質和暗能量的理論模型和機制，做出了具有國際影響的工作。
「很多方面已有了長期的工作積累和研究結果。我國已具備了開展這方面理論研究和實驗探測的基礎以及實驗所需的合適條件。」吳嶽良說。
與此同時，我國科技領域已有的一些重要進展也為破解這一世界重大難題提供了必要條件。例如，我國現有的衛星平臺完全能滿足暗物質空間探測要求。
據了解，目前清華大學和二灘水電站合作，正在建設全世界最大埋深的暗物質地下探測實驗室——四川省錦屏山地下實驗室，埋深達2500米（水當量埋深達6000多米），預計年內可完工。
此外，我國科學家已經登上南極冰穹A（DomeA），而南極冰穹A有可能成為世界上條件最好的開展暗能量和暗物質研究的地面觀測站址之一，因為這一地點具有最佳視寧度、最佳大氣透明度、最長的連續觀測時間等有利條件。
據吳嶽良介紹，該「973」計劃項目課題設置為5個，分別是暗物質的理論研究及相關新物理唯象、暗物質的空間探測實驗研究、暗物質的地下探測的前沿技術預研、暗物質噸級液氙探測器的預研和暗能量的理論研究及地面探測方案研究。
該項目的總體學術思路是：發揮理論先行和實驗預研的作用，強調理論研究與實驗探測設計相結合和多學科交叉融合的優勢，從地下、地面到空間多種手段互為補充，構成有機整體，為開展對暗物質的間接和直接探測提供可靠的物理依據和可行的實驗設計及有效的探測方案，推進我國空間衛星的天體粒子物理實驗平臺、四川錦屏國家深部地下實驗室，南極冰穹國家地面天文望遠鏡觀測實驗基地的建設。
「項目集中了國內在暗物質和暗能量領域的主要優勢單位，組成了一個跨學科的研究隊伍。」吳嶽良說，研究隊伍有開展暗物質和暗能量理論研究需要具備的堅實理論基礎，包括粒子物理理論、引力理論、大統一理論（如超弦理論）等基本理論；有加速器、探測器建造和相關技術及國際合作的豐富經驗；有長期相關實驗組的研究並取得重要成果，積累了豐富的經驗。
諾貝爾獎獲得者李政道曾說：「了解暗物質和暗能量，是人類向21世紀科學史的大挑戰。」據了解，美國和歐洲已分別於2006年和2008年開展了暗物質、暗能量的研究計劃。
「暗物質研究的發展趨勢，必將從天文觀測轉向對暗物質粒子性質的實驗探測。從現在開始的10至20年將是暗物質探測最重要和關鍵的時期。在暗物質、暗能量國際重大前沿研究領域，我國科學家應該有所作為。」吳嶽良說，「希望我國科學家齊心協力、優勢互補、通力合作、努力拼搏，經過項目5年的支持，獲得跨越式發展。」