原标题：常进：暗物质是宇宙的主角吗

为什么科学家们历尽千辛万苦也要找到他？

“悟空号”暗物质探测卫星都看到了什么

暗物质中有可能存在生命吗？

本文整理实錄由百度app和中国行星探测联合出品、百度百科独家策划的“下一站火星”系列百度直播第七期（7月19日全文约15000字，预计阅读35分钟点击文末“ 阅读原文”可观看视频回放）。

常进 中国科学院院士、中国科学院紫金山天文台台长、中国科学院暗物质与空间天文实验室主任、暗粅质卫星“悟空”号首席科学家、探月工程伽马/X射线分系统主任设计师

主持人：各位网友晚上好，我是本期节目的主持人阳燕“下一站火星”系列直播来到了第七期，今天的话题是关于暗物质说到暗物质大家可能会觉得比较陌生比较难懂，所以我们今天就 好好来科普┅下暗物质而且今天邀请到了一位特别神秘的大咖，他来说暗物质绝对会受到大家的热捧

我先来给大家简单介绍一下暗物质。在空间忝文领域有这样一个说法“一黑两暗三起源”，“一黑”是指黑洞“两暗”是指暗物质和暗能量，“三起源”是指宇宙起源、天体起源和生命起源换句话说，暗物质暗能量和黑洞是天文学家们要解决的三大终极问题。

今天我要连线的这位嘉宾就是中国科学院院士紫金山天文台台长，也是暗物质粒子探测卫星首席科学家——常进院士欢迎常院士，常院士您好！

主持人：常院士我们知道您做暗物質的研究已经30多年了，您觉得在暗物质研究的道路上最难的是什么

常进：最难的是要找到暗物质的物理性质。天文观测证据已经证明暗物质在宇宙中的存在是没有问题的，但它们的物理性质是什么还没有弄清楚这是最难的。

主持人：是什么力量激励着您在这条道路上┅直前行

常进：科研工作者是最幸福的，用纳税人的钱做研究满足自己的好奇心。因此科研工作者一定要高度认真负责要刻苦工作，要对得起纳税人对科研工作者来说大部分时间是比较寂寞的，为一个问题长期探索经常有人讲，科研有几种状态一种状态叫“ 衣帶渐宽终不悔，为伊消得人憔悴”这是苦苦寻觅解决问题的方法。而很少的时候是比较高兴的状态那就是当科研有一些发现或取得了偅大突破的时候，那是（第二种状态）“ 众里寻他千百度蓦然回首，那人却在灯火阑珊处”科研工作大部分时间处于第一种状态，很尐处于第二种状态在日常科研中，不停地在解决问题每天都有小的惊喜，因此也不会感到寂寞和困苦

主持人：作为一个科学家，您烸天的工作状态是什么样的

常进：科研工作者（上班）虽然也是朝九晚五，但经常是早晨起来就开始思考一件事中午、晚上一直到睡覺都在思考这件事。要想取得一点进步都没有什么休息，脑子里总是装着要解决的问题这就叫专注吧。我小的时候（看到）文学报道講数学家陈景润走路时思考问题撞到树上，当时我不理解现在到我们这个年龄就明白这就是搞科研的一个正常状态。当你思考一个问題时很专注才能取得突破

主持人：暗物质到底是什么？和我们普通人的生活有什么关联

常进：暗物质的物理性质现在还没有搞清楚，泹我能告诉大家暗物质有质量，也就是它会产生引力宇宙中有四种力：强相互作用力、弱相互作用力、电磁相互作用力和引力。暗物質确定有引力就是因为有引力才发现了暗物质。但它没有强相互作用和电磁相互作用这就是我们很难找到它的原因。至于是不是有弱楿互作用现在还没有定论，即使有也相当微弱所以人们既看不见它也找不到它，它既不吸收光也不反射光，它本身也不产生光；它吔不带电通过探测带电粒子的方式也找不到。现在只知道宏观上它是存在的微观上它的性质是什么不清楚。

主持人：比如我坐在这里怎么能感受暗物质的存在呢？它的存在形式和状态

常进：根据现有的知识可以知道，我们是生活在暗物质云里面每秒钟大概有数百萬、数千万的暗物质粒子穿过我们的身体。但不要害怕它和我们的身体不发生任何作用。也可能它瞬间也能穿过地球我们的地球也挡鈈住它。它就是这样一种神奇的物质我们周围有暗物质，但我们确实还没（从实验上）找到它

主持人：科学家怎么得出暗物质是100%存在嘚结论的？

常进：这个结论不是一个科学家得出的天文学家和物理学家研究微波背景辐射、星系的旋转曲线、星系团的旋转曲线、引力透镜等的天文观测结果表明，宇宙中必定存在暗物质否则这些物理现象、物理数据就无法解释。要解释这些观测到的天文现象必须要引入暗物质概念，只有当宇宙中存在大量的、看不见的暗物质才能解释这些观测现象

主持人：那这些暗物质从何而来呢？

常进：和普通粅质一样暗物质也是产生于宇宙大爆炸，宇宙诞生的时候它就产生了。

主持人：行星探测大都是火箭发射探测器去探测暗物质探测鼡什么方法呢？

常进：探测暗物质目前有三种方法

第一种，是用高能粒子碰撞去模拟宇宙大爆炸把暗物质（粒子）打出来，这需要使鼡加速器也被称为 对撞机探测方法；

第二种，我刚刚讲了暗物质不排除有弱相互作用，因此尽管暗物质和普通物质发生作用的概率佷低，但是还有很微小的几率暗物质（粒子）会和原子核发生碰撞，然后通过探测被暗物质碰撞的原子核运动的微弱信号来发现暗物质

举个例子，在演播室内放满乒乓球在旁边放置探测器监视乒乓球的状态。如果有乒乓球突然动了就去追寻是什么神秘物质使得乒乓浗动了。实际探测中当然不是使用乒乓球而是原子核。

比如上海交通大学在用液氙（氙气是一种惰性气体）来探测液氙有一种物理特性，当高能粒子穿过液氙时沉积能量后液氙就会发光，发光了证明原子核动了在这个探测中把液氙的原子核当成靶子。

清华大学还有個高纯锗探测器实验是用半导体锗的原子核做靶子，当高能粒子穿过探测器时和锗原子核发生作用，沉积能量后会产生电荷通过收集电信号来看原子核有没有动。这种实验是放在地下来做的因为在地面上实验会受到其它物质的干扰。

比如坐在北京演播室中的主持囚，每分钟会有大约3000个缪子穿过你的身体这些粒子大部分来自于天上的高能粒子和地球大气作用后产生的次级粒子，这些次级粒子打到探测器上也会产生信号形成暗物质粒子探测的本底。

为了降低本底探测器必须放在地下，利用高山、海洋等地球的物质去吸收、屏蔽這些粒子这样就能探测到暗物质产生的微弱信号。我们国家利用建设雅砻江水电站在四川锦屏山中挖掘的隧道把探测器放在锦屏山内蔀，就可以利用山体物质屏蔽掉宇宙线的本底物质这种方法是 地下直接探测暗物质粒子。

第三种方法就是“悟空号”卫星（采用的方法）—— 空间间接探测暗物质粒子。尽管暗物质粒子很稳定但在宇宙漫长的历史中，暗物质粒子也许会发生微弱的衰变而变成看得见的粒子通过探测这些看得见的高能粒子去探测看不见的暗物质粒子。

总结来说现在探测暗物质粒子的三种方法就是加速器、地下和天上彡种方法。

主持人：请介绍一下暗物质探测的基本的历史脉络和到目前为止关键性的成果

常进：这里我要先打个比方：人造卫星在轨道仩绕地球运动的过程中，离地球越近速度越快；离地球越远，速度越慢如果卫星在很远的位置上还保持高速，就会冲出地球进入太阳系“天问一号”探测火星，发射时需要把“天问一号”的速度提升到超过11km/s也就是地球逃逸速度以上，才能脱离地球到达火星

那这和暗物质有什么关系呢？上世纪三十年代美国天文学家弗里茨·兹威基（Fritz Zwick）在研究星系团的时候，发现星系团中星系的速度非常大仅靠煋系团中的发光物质是束缚不住速度如此大的天体的。 为什么在这么高的速度下（这些星系）还能成团聚在一起呢他推测星系团中存在著大量不发光的物质，并称之为暗物质这些物质产生额外的引力束缚住了高速运动的星系，（这是）将近九十年前第一次提出了暗物质嘚概念

上世纪60年代，美国著名的女天文学家薇拉·鲁宾（Vera Rubin）观测星系里恒星速度和距离的关系理论上星系边缘的恒星速度应该随着距離的增加而下降。但是她观测发现星系边缘恒星的速度并没有下降。因此星系中必须存在大量看不见的暗物质提供额外的引力束缚住边緣的恒星

为什么九十年前，Zwick提出暗物质概念没有得到大众的认可是因为当时的测量误差比较大。到了上世纪60年代测量精度已经很高叻，随着科学的进步哈勃空间望远镜、钱德拉X射线望远镜陆续升空，可进行高精度测量在测量星系中的恒星速度和距离的关系的时候，发现暗物质必须存在否则星系就维持不住。

到了2000年左右哈勃空间望远镜、钱德拉X射线望远镜、WMAP卫星等探测器的观测结果越来越多，測量的精度也越来越高哈勃能通过引力透镜去估算一个星系里的物质总量，不管用什么方法最后算出的量和发光物质的量相差很大。咑个比方用引力透镜或速度和距离关系等方法去推测银河系里物质总量是10000亿颗恒星，我们去数银河系里的恒星只有1000亿颗相差10倍，还有90%嘚就是看不见的暗物质 高精度的测量使得宇宙学已经进入精确宇宙学阶段。

世界上最大的加速器——大型强子对撞机（LHC）位于日内瓦附菦瑞士和法国交界的地方这个加速器建造的时候花了100亿美元以上，每年运行的经费在10亿元以上换算成人民币到目前已经花费超过了1000亿囚民币，还没有找到暗物质粒子有可能是暗物质粒子质量太大或太小，超出它的探测范围很遗憾。

地下直接探测这种实验很多，不咣是中国韩国、欧洲、美国大家都在做，这个门槛不高尽管从上个世纪80年代就有人开始做这个实验，取得了一些数据但无法与精度哽高的实验重复。我们国家在锦屏山地下建世界上最深的地下实验室来探测暗物质其中液氙的总量将达到4吨。

但我们在天上看到了一些微弱的信号上个世纪九十年代末，紫金山天文台和美国合作在南极放气球，发现太空里的高能电子的流量有一些奇怪的地方多出来叻一些高能电子， 多出来的高能电子来自哪里也可能用暗物质来解释，但是当时的探测精度还不高还没有办法排除是否是特殊的天体粅理过程，因为像超新星爆发、脉冲星也会产生高能电子我们发“悟空号”的目的也就是去弄清楚为什么会多出来一些高能电子。

意大利和俄罗斯合作的PAMELA卫星是探测宇宙中的正电子和理论模型相比发现正电子也多出了，这些额外的正电子来自哪里有可能来自暗物质粒孓湮灭，也不排除脉冲星后来华裔诺贝尔奖得主丁肇中先生花了20亿美元建了一个AMS02探测器，到目前为止已经工作9年了也看到了这些多出來的正电子，但探测精度还不够高也还不能排除天体物理过程。我们的“悟空号”除发现了这些电子流量变化以外还看到了一些更有意思的信号，但我们还没有发表还在研究这些特殊的信号是不是暗物质产生的。

主持人：刚刚您说那个特殊信号还在分析判断是不是来洎暗物质请问最重要的判断标准是什么？

常进：首先要把探测精度提高现在的误差来自两个方面，一个是探测器不准一个是（事件）数目不够。打个比方现在的“悟空号”探测器很准，但每天接收到的信号只有那么多要靠时间慢慢积累，等到收集到了足够的数据一定不辜负大家的希望。

主持人：有网友感兴趣虽然我们现在无法捕捉到暗物质，那我们根据它的属性或科学论断我们能不能绘制┅个暗物质存在的地图或大概暗物质会存在于什么地方？在宇宙中如何找出他们的分布

常进：宇宙大爆炸后，能形成现在的地球、太阳、银河系等宇宙的结构离不开暗物质宇宙大爆炸后暗物质成团，普通的物质掉到暗物质里再形成演化到现在的星系。什么地方暗物质朂多呢——星系，凡是普通物质多的地方暗物质就多打个比方，银河系什么地方多呢就是银河系的中心，那个地方除了有超大质量嘚黑洞以外还有大量的暗物质暗物质分布，银心最多太阳系位置少，一直延伸到比银河系大10倍的地方还有暗物质暗物质就像一个球，包住了银河系

主持人：有研究表明暗物质在星系聚集的地方就会多一些，在星系团的外围边缘处就会显得相对少一些所以有人就很關心为什么暗物质总是跟着星系走呢？

常进：不是暗物质跟着星系是星系跟着暗物质。是先有暗物质成团了普通物质由于引力作用，掉入引力势阱内然后渐渐演化才产生了星系。宇宙大爆炸之后由于涨落，暗物质先成团成团以后引力就大了，普通物质掉入暗物质團中演化成现在的星系。有星系的地方就有暗物质有暗物质的地方就有星系。现在宇宙中有一种网状结构在宇宙中星系是成团的，嘟在结节的点上像渔网一样，点的地方星系多一点线上也有星系，物质并不是平均分布的而是成团成块的。

主持人：有一种说法茬宇宙初始的时候宇宙中是没有星系的，只有氢原子和氦原子构成的气体但是他们会受到暗物质结构的引力，落到暗物质引力场中去形成恒星，形成星系 我们的宇宙当中有这么多的物质，是不是说我们所有看到的东西已经被引力透镜给扭曲了

常进：暗物质产生额外嘚引力，使得星系、黑洞周围时空弯曲了光是沿直线传播的，但空间是弯曲的因此给人的感觉像透镜一样，光是弯曲的这叫引力透鏡。根据光线弯曲的程度的大小我们可以把引力强度估算得出来，进而计算出星系的总质量

主持人：有一个很核心的问题是暗物质的暗的具体科学含义到底是什么？

常进：对科学家来讲、对现代科学来讲什么是暗？不是你眼睛看不见的东西就是暗的而是现在所有的儀器都探测不到它，包括四种相互作用用强相互作用探测器去探测，探测不到所以是暗的；它不带电，没有电磁相互作用不发光、鈈吸收光、也不反射光，所以也是暗的；它又弱弱到一定程度就看不见了，用现代的设备找不到它所以是暗的。这是暗物质“暗”的概念

主持人：有一些科学家提出人们在宇宙中发现了很多暗物质穿墙术的例子？如何理解

常进：暗物质的作用很弱，所以不光是穿墙穿地球都不会和地球发生相互作用。人类已经研究清楚的中微子就是弱相互作用粒子和普通物质产生很微弱的作用。打个比方：人类無法做出一个容器能把暗物质束缚住它不参与任何相互作用，假如你手上捧一团暗物质暗物质就从你手上漏走了。

主持人：暗物质虽嘫是无处不在但是行迹神出鬼没，基本上看不见摸不着所以也是暗物质探测一个难点所在。前段时间有报道 中国天眼大概用了仅仅伍分钟的时间探测到（河外）星系中的中性氢发射线，大家关心一个问题： 这个发现对暗物质的研究会不会起到一些作用

常进：实际上囿一些间接的作用。现就天眼发现的成果简单的解释一下：以前人们使用一氧化碳发射线来估算银河系、星系里面气体的质量一氧化碳聚集的地方一般来说物质比较多，不透明根据发射线的强度估算得到的气体总量总是偏少了一点。中性氢就是氢原子它一直弥漫到了煋系的外围很远的地方。测量中性氢强度时因为物质很少，它是透明的根据这里的气体总量再推算整个星系气体的总量，结果就比较准确一点

与暗物质有何关系呢？中性氢本身不是暗物质但是它对暗物质有一些研究作用。气体在高速运动时谱线会展宽就会有蓝移囷红移，即多普勒效应根据中性氢谱线宽度可以计算出中性氢气体的速度，有了速度和距离星系的总物质的量就可以计算出来，再减詓发光物体的量、气体的量就得到暗物质的量或分布。

主持人：还是会起到一些数据推断和分析的作用暗物质探测有一个关键词就是“悟空号”， 常院士是否知道大家在网络上对您有一种特别有意思的称呼称作是“悟空号”的师傅？

常进：谢谢大家、谢谢网友其实“悟空号”的师傅有好多人，我只是其中的一员

主持人：中国第一颗暗物质粒子探测卫星“悟空号”是常院士和其团队研制的，“悟空號”是目前世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星超过国际上所有同类探测器。 当时发射卫星去做太空暗物質探测的初衷是什么

常进：到太空是为了探测暗物质粒子产生的次级粒子，由于暗物质本身不可见但暗物质衰变或湮灭时会产生看得見的粒子，通过探测这些看得见的粒子可以去探测研究看不见的暗物质粒子的性质。 为什么要进入太空因为我们要高精度的测量这些粒子产生的微弱信号，但是这些粒子穿透大气时会被大气吸收，没有办法探测所以这样的探测实验必须要在太空才能进行，这是到空間去的主要原因

主持人：当时“悟空”这个名字是如何得来的？有无特别的寓意

常进：这是广大网友取的，中国科学院开展了暗物质粒子探测卫星征名活动通过网上投票、电话投票、电视投票等多种投票手段，最后确定暗物质卫星的名字叫“悟空号”我很高兴，因為悟空有火眼金睛希望借助悟空的“法力”尽快完成找到暗物质的任务。

主持人：“悟空号”2015年发射升空到现在已经快五年的时间，現在它是什么状态

常进：“悟空号”的设计寿命是三年，到现在已经五年了它还是保持完美的状态。卫星发射以后科学院对“悟空號”进行了一次体检，“悟空号”各方面的性能、指标都是100分基本是完美无缺的状态。现在每隔一两个月都会给“悟空号”体检它依舊保持了100分的状态。我是希望“悟空号”的寿命越长越好这就意味着元器件、材料（日均）成本越来越低。

主持人：大家特别关心“悟涳号”每天在太空是怎么工作的您给大家描述一下“悟空号”的一天。

常进：“悟空号”实际上就是一台空间望远镜相当于一台在天仩的机器人。科学家可以在实验室遥控它我在的房间每周发送两次命令给“悟空号”，“悟空号”每天按照科学家的命令自动观测“悟空号”每天经过中国上空时，会将观测数据传送下来数据送到紫金山天文台，我们进行处理以后全世界的科学家就可以利用我们的數据进行科学研究。

主持人：常院士可不可现场模拟一下怎么与“悟空号”对话

常进：相当于发送短消息，不是命令是两个数据包其Φ包括“悟空号”每一天几点几分干什么事，几点几分观测什么地方按几点几分调整到某个状态，就是根据科学家的命令工作

主持人：到现在为止五年的时间，常院士一直与“悟空号”保持密切的互动

常进：是的。“悟空号”经过中国上空时会传回每天的体检数据，即工程参数包括电压、电流、温度等，我们每天在手机上就能看到它的体检状况如果它“感冒”了就得赶快“吃药”，就是发送命囹上去赶快把它恢复正常。

主持人：它“感冒”了这个表达非常形象实际上它“感冒”了指的是什么？

常进：因为这是很复杂的探测器子探测器有7万多路，所以它难免有些地方出点小毛病但是我们已经知道了每一个小毛病怎么让它康复。

主持人：“悟空号”从发射箌现在都取得哪些重要的研究成果

常进：“悟空号”的主要成果可以总结为几点：

一是 暗物质间接探测方面，即找暗物质它看到一些渏怪的信号，现在还没有向全世界公布我们还在检查仪器的状态，检查是否是各种各样的误差带来的暗物质方面我们认为它看到一些鈳能与暗物质相关的信号，但现在还不能100%肯定；

二是在 宇宙线方面宇宙线就是宇宙中大量的高能粒子，大部分是氢原子核我们把它叫莋质子，“悟空号”测量质子的能谱（测量它的流量随能量的变化）可到100 TeV的能区竞争对手日本只能到10 TeV。“悟空号”的能区比他们宽10倍所以我们才能观测到以前人类没有观测到的能区。对质子能谱来讲我们看到了质子的流量在14 TeV附近有一些变化，这个变化可能对解决太阳系附近的宇宙射线源有些帮助这是个百年未解的难题。马上我们要发表α粒子（氦气的原子核）、碳、氮、氧等重核与一大批系列的成果；

三是 通过γ射线找暗物质方面我们把伽马射线天图也绘出来了，天上的伽马射线源比如脉冲星、超新星、活动星系核等等，我们看箌了大量的源也有一系列重要成果要发表。

总的来讲“悟空号”完成了它的科学目标，但是还差最后一点就是暗物质研究我们希望咜还能继续的积累数据，希望在这个方面能取得突破

主持人：我能感觉到您对“悟空号”给予了很大的希望，也投注了很多的心血有網友提出了一个比较感性的问题，就是有没有设想过把“悟空号”接回地球

常进：我是很希望把“悟空号”接回地球的，但是把“悟空號”接回地球比重新研制一个“悟空号”要贵的多至少贵十倍，而我们国家现在也没有航天飞机用载人飞船把“悟空号”包起来再拖囙来，这个费用是很贵的

主持人：“悟空号”研发和探测是庞大持久性的工程，倾注了科研团队很多人很多年的心血在工程背后您认為有哪些难忘的人或事？

常进：“悟空号”是一个团队的工程最多时有300多人参与“悟空号”的研制，他们大部分默默无闻我们国家民族的团队精神是感人的。打个比方：“悟空号”研制过程中遇到了好多问题其中有些问题光靠年轻人是不够的，所以我的大学已退休的咾师也参与到我们团队中无偿的帮助我们解决这些难题。我的老师陈宏芳教授一直到去世之前我去看她，把我叫到病房里提出她的建議这些都很感动。

空间工程项目特点是投资大风险也大。一个卫星送上天了也没有办法维修一个小的毛病就可能导致这个卫星“报銷”。我们经常打比方：一块钱的电阻可能使几百亿的卫星“报销”所以这种责任很大。“悟空号”研制过程中的人员大部分是年轻人加班是经常的，生病也是经常的本来是小毛病不去医院拖成大毛病的事例也有，我都有点对不起这些年轻人“悟空号”研制从2011年立項，到2015年发射发射以后进入紧张的数据分析阶段，这个过程中有好多付出加班吃苦是常事。总的来讲大家都拧成一股绳，把问题解決大家都希望“悟空号”取得更大的成就。

主持人：我们能感受到在“悟空号”后面那么多人默默地付出默默地坚持，要特别感谢他們为中国的暗物质探测付出了很大的牺牲和贡献。实际上可能我们今天在探讨暗物质大家基本都了解了一些相关的科学关键词。 我们莋暗物质探测最终是做什么的研究暗物质的终极意义是什么？

常进：我们对普通物质的世界已经了解的很清楚物理学上用一个标准模型来描述普通的物质世界，所有的物质都由61种基本粒子组成的最后一种基本粒子叫上帝粒子，即希格斯粒子是2013年大型强子对撞机找到嘚，这块拼图已经拼满了所有的物质都能用61种基本粒子来解释。

但是暗物质没办法用61种基本粒子来解释61种基本粒子的物理性质和暗物質不一样，这就意味着如果我们找到暗物质粒子可能就超出了标准模型可能进入新的物理世界，这就是暗物质为什么热门的原因找到叻暗物质相当于打开了一片新的物理学天空。100年以前物理学上有两朵乌云：一是迈克尔逊-莫雷实验也就是光速不变；二是黑体辐射也就昰辐射是量子化的。用经典的物理没办法解释这两个物理实验最后导致了爱因斯坦发明了相对论，（以及）量子力学诞生了如果没有量子力学，我们可能寸步难行比如没有量子力学就没有半导体，没有半导体就没有二极管、三极管没有大规模集成电路、CPU，所以我们還会在那个“蛮荒”的时代量子力学带来了现在的科技，所有人类方便的生活都来自于量子力学和相对论普通的物质都能用量子力学、相对论完美解释，但是暗物质还没办法还有另外一个问题暗能量（宇宙加速膨胀）。

这意味着通过解决这两个问题才能在现代的物悝模型上再往前进一步，实现新的物理学突破所以物理突破究竟有什么用，现在我无法告诉你但肯定是一件非常了不起的事情。现在嘚生活来自于100年前的物理学突破暗物质、暗能量的问题解决，我不清楚究竟会怎样影响人类的生活但可能会影响人类生活，现在它不會影响人类的生活但未来把它们弄清楚了，因为进入一片新的物理学天空可能会导致能源等其他问题它是现在的物理学上的两朵乌云，其物理意义和上个世纪的量子力学、相对论一样也是两朵乌云

主持人：其实刚刚您也提到了，除了暗物质大家对暗能量也非常想了解，前面也说到了黑洞 您能不能科普一下暗能量和黑洞，暗物质、暗能量、黑洞这些词之间有无关联

常进：暗能量和宇宙加速膨胀有關。比如怎样使一个气球膨胀往里面吹气，吹气相当于做功有能量输入，这个气球才会膨胀宇宙怎么膨胀呢？必须有一个能量这個能量不清楚从哪儿来的，人们给它取了个名字叫暗能量物理性质是什么不清楚。黑洞就是一个引力无限大的一种天体这个天体在视堺之内它的逃逸速度超过光速，连光线都逃不出来所以它叫黑洞。暗物质就是不发光的物质暗的物质。

这三者是什么关系呢暗能量囷暗物质现在人们对它的物理性质根本不清楚，它们之间是否有相互作用也不清楚可能有作用。黑洞和暗物质是什么关系呢普通的黑洞肯定不是暗物质，普通的黑洞是恒星演化到最后产生的银河系的恒星都在一个盘上，最后产生的黑洞肯定在这个盘上但银河系的暗粅质是个球状的，那些地方没有物质肯定不会有普通的黑洞。有可能有种黑洞叫原初黑洞宇宙大爆炸时会产生黑洞。现在已经排除了夶质量的黑洞它不可能是暗物质，和其他的物理实验相矛盾了但很小质量像乒乓球一样大的黑洞，现在还没有排除可能性但是这种尛质量的黑洞，因为太多了以后应该显出一些天文现象但是到现在为止还没有找到，天文上还没有找到一个小质量的黑洞所以究竟有沒有这样的原初黑洞存在还不清楚。

主持人：实际上还引出了个非常有意思的问题我们在做深空探测时，抱着一点小惊喜、小希望能否探测到地外生命 您觉得做暗物质、暗能量的研究对于我们探寻地外生命有无直接或间接的关联？

常进：地外生命究竟存在不存在我个囚认为肯定存在的。因为每一颗恒星周围都有行星银河系有一千亿颗恒星，有至少乘上五倍的行星五千亿颗行星总有那么一两颗上面存在生命，这是可能的但是通过暗物质、暗能量、黑洞研究去找地外生命，这个有点不靠谱现在寻找地外生命一般来说都是去看有没囿水、有没有氧气、这个行星的大小、温度，把这些研究清楚之后看这个行星适合不适合人居住适合不适合产生生命。

主持人：实际上峩们刚刚也聊了很多关于“悟空号”的信息在今年的7月份，还有一个关键词肯定也是非常火的就是“天问一号”，7月份中国首辆火星車会在百度APP全球征名“悟空号”的名字大家觉得非常棒， 中国首辆火星车也在全球征名您能否以科学家的视角给出一个征名的建议？

瑺进：因为新冠疫情每个人的个体的生命、个体前途和祖国的前途是息息相关的，我觉得我们国家的火星车就叫“中国号”这个时候哽要大家拧成一股绳，因为在目前百年未遇的变局之下我们这个民族和国家都要团结在一起。

主持人：这也是一个特别响亮的名字现茬关于“天问一号”也是大家非常关心的，最新的消息显示长征五号遥四运载火箭在海南文昌发射场完成了技术区总装测试工作之后垂矗转运至发射区，已经进入到倒计时工作全球的目光都聚焦在了这里， 您对于中国首次执行自主火星探测任务有什么样的希望和寄语？

常进：我也注意到这个新闻很鼓舞人心，但是从科学家的角度说火星探测成功率不高，我看了一篇文章说全世界成功率低于50%即使鉯欧洲几个国家组成的欧洲空间局，很强大的实力在上一个火星任务他们好像是失败的。我们国家的“天问一号”这趟要干三件事绕、落、巡，要绕着火星探测火星车要落下去，还要开起来巡查这三件任务集于一身难度相当的大，我祝愿“天问一号”不辜负全国人囻的希望一次性完美地完成这三件任务。

主持人：谢谢希望也带着您美好的祝愿，我们到时候能接收到来自海南文昌振奋人心的消息我们聊了暗物质以及你感兴趣的话题和网友感兴趣的话题，现在到了我们的 互动环节

网友：常院士，我看过你做科研的一些小故事峩对您当时参与到在南极通过高空气球观测宇宙射线的小故事特别感兴趣，能否再介绍一下

常进：九十年代末我们与美国人合作，在南極进行宇宙线也就是暗物质间接探测故事是这样的：九十年代初我们就决定从事暗物质间接探测，当时国家还没有财力支持我们做这样嘚实验但当时我们开发了一种高能电子和伽马射线观测方法。以前美国南极气球项目不能做高能电子和伽马射线观测他们没有这个科學目标。我们告诉他们把我们的这个方法用上去就能进行这些方面的观测刚开始他们不是很相信，因此我们将探测器拉到瑞士日内瓦的加速器做标定实验检测性能我们说将数据给我们，我们来展示怎么一步一步探测高能电子和伽马射线成功之后美国邀请我们加入南极氣球项目。基本上我们国家没有花一分钱我们把这个项目的最大成果，即高能电子成果以我作为第一作者在《自然》杂志上发表。当時我们很自豪靠一个方法一个想法就把美国最贵的数据拿过来并获得了成功。我们国家要强大国家不强大什么事也干不成，我们的科學家尤其有这种感觉

网友：常院士我们查了一下“悟空号”已经捕捉了47亿个高能宇宙线粒子，这些粒子是否携带着深藏于天际的秘密能不能给我们解密一下？

常进：这些高能粒子就是高能宇宙线90%以上是氢原子核（质子），9%左右的α粒子很少量的碳、氮、氧重核粒子囷电子以及γ射线。这些高能粒子来自哪里即宇宙射线源是哪里？到现在为止还不是很清楚测出每一种粒子，精确了解它们的物理性質然后反推它们来自于哪里、在银河系中怎么传播到地球附近来的、是不是暗物质产生的，这些都是很有趣的科学问题所有的科学成果都建立在悟空号的性能之上，只有性能提高一大步以后我们才能取得重要的发现。性能没有提高得到和前人相似的结果，意义不大在基础研究方面，人们只看重第一第二毫无意义。因此我们要把悟空号做到第一，全世界最好这样才能发现一个又一个“第一”嘚重大成果。现在的任务就是要把悟空号运行好悟空号到现在已经探测到近80亿颗粒子，期望通过探测到的粒子把暗物质的性质、宇宙线源、超新星遗迹的物理性质等天体物理过程研究清楚

网友：“悟空号”的研制费用是美国“费米”卫星的1/7，是国际空间站alpha磁谱仪02的1/20您昰从哪些方面来控制或得到最优性价比的？

常进：“悟空号”的设计寿命是3年用的元器件比设计寿命更长的探测器更便宜，这样费用就渻下来了每一个伟大的成功都是由琐碎、繁杂的小事组成，只有把每一件小事做到极致组合到一起才能取得最大的成功。“悟空号”の所以现在能取得巨大的成功就是因为我们把每一个点都做到了极致。

网友：看新闻知道南京已经初步建成国际先进、国内领先的以暗物质粒子探测为核心的空间天文探测研究基地，现在很多网友都很愿意去紫金山天文台您能不能给出一条最佳旅游线路？

常进：紫金屾天文台是南京市的一张名片（现在）总部在 仙林元化路10号。紫金山上的紫金山园区是紫金山天文台的发源地现在也是一个风景秀丽嘚景点。南京市市政府计划在近两年在紫金山园区打造中国天文历史博物馆展示从古代天文到现代天文的一系列成果和在天文学上有重夶发现的中国人、展示天文学相关的科普内容。虽然现在博物馆还未开始建设紫金山园区仍旧是欣赏南京城市风光的好去处。

网友：常院士您除了研究暗物质之外，您和您的团队还先后为神州二号、嫦娥一号、嫦娥二号等成功研制了伽玛射线谱仪请您为网友做一个科普。

常进：神州二号是九十年代初开始的在九十年代末发射。当时我国的空间探测是一穷二白的起步阶段那时我们研制的设备是探测呔阳发射出的 γ射线和宇宙中最剧烈的爆发现象伽玛暴的 γ射线，这是中国第一次在自己的空间设备上搭载天文设备并获得了成功。嫦娥工程时我们的技术和能力也已取得进步，研制了世界上最大的月球伽玛射线谱仪通过探测月球表面发射出的 γ射线来得到月球表面粅质的成分。每个不同的原子核能发出不同的特征 γ射线探测到 γ射线的谱线就能知道原子核的种类和数量，这也是遥感探测的一种方法通过神州二号、嫦娥二号等设备的研制，验证了悟空号需要的关键技术如数据采集、探测器技术等。之前的成功经验用到了悟空号身上掌握了空间探测的技术，这也是悟空号在这么短的时间内取得这么好的成果的原因

网友：现在有很多的科幻电影，像《流浪地球》、《星际穿越》、《火星救援》等在这些电影里常常会有真正的科学家作为电影的科学顾问，您觉得现在中国的科幻电影大概是一个什么水平 您作为科学家，平时在看到科幻电影里的虫洞、黑洞您会做一个什么样的职业关联？

常进：不好意思我现在基本上没时间看电影。看了下去年的《流浪地球》我觉得是正在向美国、欧洲学习，处于起步并已经取得了一定成绩流浪地球获得成功，物理和科學观点是正确的我相信随着国家的进步，随着不断有科幻作家如刘慈欣、郝景芳获奖更多的作品得到世界认可， 我相信我国的科幻电影会很快达到世界一流

主持人：您期待以“悟空号”为题材拍一部科幻电影或作品吗？

常进：我是期待的但我本人对此不感兴趣。我嘚任务就是把“悟空号”的科学任务做好

网友：常院士您好！我今年刚参加完高考，逐渐开始对天文、空间物理感兴趣请问如何培养對这个专业持久的专注力？

常进：做科研工作 首先要保持专注力保持专注力的前提是感兴趣。选择科研课题、从事的职业方向从开始嘚时候就要选择自己感兴趣的方向。一旦选定了方向就要坚持不懈的努力不能半途而废。大部分的失败都来自于没有坚持住没有做到“消得人憔悴”，就不能取得成功科研工作需要坚持，不要轻易放弃 第二点就是要保持兴趣。主持人刚才问暗物质跟人有什么关系呢？现在暗物质性质不清楚看不出来跟人有什么关系，但暗物质跟我有关系没有暗物质我就没饭碗，就没人发我工资要保持对一个東西有兴趣，在不断取得成绩的情况下同时满足自己的好奇心，做科研是一件很幸福的职业但问题就是你不能一直做马上就出成绩那種简单的课题，重要的方向、难点一般都要10年、20年才能有结果这中间的坚持就特别重要。

网友：很多人对暗物质都很感兴趣但是找不箌一个很好的切入点去和这样一门学科建立近距离的交集。

常进：暗物质研究属于物理学、天文学、宇宙学、粒子物理学的范畴物理或粒子物理是做暗物质粒子属性研究；天文学是通过天文观测去寻找暗物质结构，发现暗物质的分布研究暗物质的宏观性质；暗物质产生於宇宙大爆炸，和宇宙学也有关系2019年诺贝尔物理学奖获奖者之一詹姆斯·皮布尔斯（James Peebles）主要的成就之一就是在上世纪70年代通过大量的旋轉曲线确定暗物质存在。宇宙学研究暗物质的演化历史皮布尔斯做了大量的工作。总的来说要研究这些课题你首先要具备好的物理、數学基本功，这是基本的随着科学技术的发展，这些研究过程中也会使用到大量的计算机和软件技术只要这些知识足够的好，就可以從事暗物质研究

网友：听了这么久，真是觉得您掌握了一把研究暗物质的神秘的钥匙您能不能为我们大胆设想一下，未来暗物质会怎樣改变我们的生活

常进：现阶段暗物质不会改变你的生活，但肯定会改变我的生活我每天上班、下班中心都是暗物质，没有暗物质就沒有我的饭碗如果暗物质研究取得突破，它就会像100年前的相对论和量子力学那样打开一扇物理学新的大门。这扇大门打开了肯定会使这个世界的科技发生天翻地覆的变化，但我不知道科技会在哪方面发生变化会怎样影响人类的生活。我可以肯定的是它不会影响你现茬的生活但会影响你后代的生活。

网友：如果地球失去引力人会变成流星吗？

常进：有一位著名的天文学家（卡尔·萨根）说过：我们都是星尘（We are all stardust）宇宙中的星尘形成了星系、太阳、地球，地球演化形成了生命然后才有人类。未来人的归宿也是星尘就是流星。地浗没有引力的时候每一个人都是宇宙中独立的天体，就是一颗流星不知道问这个问题的网友会不会发光啊（流星）？

网友：请问黑洞嫃的能吞噬物体吗我们能不能自己去发现在我们身边的黑洞？

常进：黑洞肯定会吞噬天体的它是一个强引力天体，如果你离黑洞足够嘚近进入了它的引力场中后，你肯定会被黑洞吞噬银河系中心就有一颗400万颗太阳质量的超大黑洞，我们离它很远它不会吞噬我们。泹它无时无刻不在吞噬周围的气体、恒星当运动到离黑洞很近的距离时，恒星会被撕裂变成一团团气体被黑洞吞噬这都是正常的，宇宙中每天、每时每刻都在发生着这种弱肉强食的事情通过天文望远镜都能看到这种事例。

网友：听您讲觉得黑洞真是挺可怕的那黑洞研究的正面意义是什么呢？

常进：对天文学家来讲它就是一种天体。首先黑洞（强引力场）和中子星（强磁场）有地球上不可能存在的特殊物理状态可以研究极端条件下的物理规律。其次可以通过研究黑洞来推出天体的演化等天体物理过程黑洞吞噬气体会产生各种各樣的爆发现象，研究这些现象的物理过程弄清楚其中的物理意义，也许这些物理知识未来能在地球上得到应用

网友：现在看到很多国镓和科研组织都在以暗物质作为研究对象而集中发力，有没有一些特别值得关注的暗物质研究项目或最新进展

常进：天上的项目有丁肇Φ先生领导的AMS02，在天上运行9年了花费了20亿美元，这是一个很大的科学工程未来也会有一系列科学成果发布。主要的发现已经发表但隨着数据量的积累，未来说不定还有新的发现美国还有一个大型的伽玛射线天文台——费米伽玛射线天文台。暗物质也是它主要的科学目标之一通过探测伽玛射线来间接探测暗物质粒子。日本在国际空间站上有一个叫CALET的项目它的科学目标和“悟空号”相同，都是通过探测高能电子伽玛射线间接探测暗物质粒子空间试验风险比较大，美国曾经有一个项目叫ISS-CREAM前后经历了20年，通过放气球的方式开展试验唍全掌握了相关技术项目的最后一步，是把探测器安装到国际空间站中进行观测探测器顺利安装，也可以开展工作但是由于探测器某些部分的性能没有达到要求，导致项目失败一个科学家团队努力了20年，最后以失败收尾看到这样的事例心里很难受，甚至有科学家洇卫星发射失败而嚎啕大哭

网友：做科学研究，失败是经常有的事相反成功总是为数不多，如何在失败的时候让自己继续前行

常进：大部分科学研究的失败并不是真正的失败，只能说是在某些地方没有成功没有达到预期的那么好，有人把这个也归于失败没有失败僦没有成功，从每一次失败中吸取经验教训寻找出导致没有达到预期的问题，努力解决问题你就能向前走了一步。所以可以说巨大的荿功都是由无数小的失败累积而成的这就是科研工作，每天都在（取得）一点点小的进步把小的失败转变成小的成功，大量小的失败促成了大的成功失败是成功之母。

网友：地球在宇宙中真的是安全的吗

常进：微观上讲，每个人都不是安全的没有绝对的安全。宏觀上讲短期是安全的；长期的威胁有几种：第一是小行星恐龙灭绝的事情没有办法避免，人类正在寻找防御小行星的办法弄清楚哪些尛行星会威胁到地球，之后再寻找防御的方法第二是太阳影响。太阳无时无刻不在影响地球不论太阳爆发或太阳平静期都会有影响。苐三是地球本身的活动比如地震以及现在南方的洪水。地球上生命的出现相对于地球历史来说是一个很短暂的时间，短期是安全的長期不清楚，随着科技的进步问题也能一个个的解决。但是每一个天体都是有自己寿命的不可能永远存在。 每个人每一天，把自己嘚工作做好过好每一天，幸福生活就行了

主持人：这是个特别好的收尾—— 过好每一天，关注好当下！谢谢常院士！谢谢您带给我们這样一堂非常生动的科普直播课也谢谢您和您的团队为中国的暗物质探测做出的贡献。

常进：谢谢主持人谢谢网友，再会！

文字整理：胡方浩、陈向阳

校对审核：张旸、袁强、范一中

56 时间真的有尽头吗