2017-08-18 文章來源： 科普中國

世界上最遙遠的距離 不是生與死的距離 不是天各一方 而是 我就站在你面前 你卻不知道我愛你   ——張小嫻《荷包裡的單人床》

作為一名現代人，你可以讀不懂莎士比亞的十四行詩，你也可以背不出《出師表》，但你一定不能不了解科學，也一定不能不瞭解正在發生的科學。 科學能夠讓一個人學會批判性思維，也能夠讓一個國家強大起來。 科學也可以很性感。 科學家在研究中所獲得的愉悅感，令他們高潮迭起，情不自禁。 最前沿的科學研究有很多，但絕對不能缺少暗物質和暗能量。 作家張小嫻在她的小說《荷包裡的單人床》裡寫的是女主角蘇盈苦苦暗戀秦雲生的故事，雖然秦雲生最後接受了蘇盈，但他最愛的始終是他逝去的情人。 傷心之下的蘇盈說出了「世界上最遙遠的距離」這段令人哀婉的話。 把這句話用來描述人類對於暗物質和暗能量的認識和探測來講，最貼切不過。暗物質和暗能量無所不在，充斥在宇宙全空間中，我們卻感受不到它，對於暗物質和暗能量的探索，體現了人類對於宇宙更深層次的認識。

暗物質和暗能量 二者為何物？

我們首先要明確的一點是：到目前為止，物理學家和天文學家根據觀測事實和理論推測，構建出各種各樣的宇宙模型，其中最成功的是大爆炸宇宙模型，宇宙在加速膨脹也是公認的事實。 其中，暗物質是基於現有引力理論的一種假想物質，暗能量是基於現有宇宙模型的一種假想的能量。 暗物質和暗能量的存在能夠解釋一系列令人困擾的天文觀測現象，在現有理論模型下能夠很好的解釋宇宙的演化和存在，可是還沒有實驗能夠直接探測到暗物質和暗能量併為它們的存在以決定性的描述。但是，很多新的觀測現象都指向同一個事實：暗物質和暗能量是真實存在的。

認識暗物質和暗能量——從物質的組成（標準模型）說起

要對暗物質和暗能量有一個清晰的認識，我們就必須知曉現代物理學對於物質組成的基本圖景的構建。 物理學是一門研究物質世界構成和運行規律的科學，從古代中國的金、木、水、火、土陰陽五行學說，到古希臘的土、氣、水、火四元素說，再到近代原子分子學說，人類對於物質組成和運行規律的認識由表觀到本質，由簡單到複雜再到簡潔，這個過程漫長而曲折，從沒停止，也未有盡頭。 到目前為止，標準模型是物理學對於物質世界最深刻和最客觀的認識，是描述物質基本組成和運行最成功的理論。

標準模型認為，物理真空並不是一無所有，真空中充滿場，場的激發態是粒子。 粒子分為組成子和媒介子，組成子即構成現有物質世界的“基本”粒子，媒介子是傳遞相互作用的粒子（之所以在“基本”二字加引號，是因為隨著科學的不斷進步，舊的認識不斷被新的認識取代，“基本”二字基本上不靠譜，人們發現質子、中子、電子後認為這三種粒子就是“基本”粒子，但後來發現質子和中子也有內部結構，所以現代粒子物理學很少用“基本粒子” 這種絕對化的稱謂）。

組成子的自旋為1/2，是費米子，分為誇克和輕子。 誇克有三代，分別為：（u，d），（c，s），（t，b）[英文名稱為：（up quark， down quark），（charm quark， strange quark），（top quark or truth quark，bottom quark or beauty quark）; 中文名稱為：（上誇克，下誇克），（粲誇克，奇異誇克），（頂誇克又叫真理誇克，底誇克又叫美麗誇克）]; 輕子也有三代，分別為，（），（），（）[英文名稱為：（electron， electron neutrino），（muon， muon neutrino），（tau，tau neutrino）; 中文名稱為（電子，電子中微子），（繆子，繆子中微子），（陶子， 陶子中微子）]。

媒介子的自旋為0，是玻色子，分為：1.中間玻色子，傳遞弱相互作用; 2.光子，傳遞電磁相互作用; 3.膠子，傳遞強相互作用; 4.希格斯粒子，使得物質擁有品質。 傳遞引力相互作用的引力子至今還沒有發現。

如表1所示，總計共有61種基本粒子。 色（color）是一種內部自由度。值得注意的是，由於色禁閉和漸進自由，至今還沒能觀察到自由誇克，觀察到的只是由兩個誇克構成的介子、三個誇克構成的重子、四個誇克或者五個誇克構成的奇特態粒子。 現代粒子物理學的各種理論模型是在標準模型的框架下，對粒子的各種性質進行更為詳細和精確地描述。