宇宙中的“暗物質”到底是什麼？人類如何才能探測到暗物質

綜述

早在以前，不管是東方還是西方，人類都處在比較落後的封建社會，科技還沒有發展起來，理論知識的體系也未建立，也因此，人類只知神靈，不知科學與真理。

不同於古代中國皇家向來標榜自身即是天子，皇權即是天意，宗教在皇權之下戰戰兢兢的發展局面，西方的宗教勢力日益壯大，甚至掌控了王權更替，深入參與了皇室紛爭。

爲了更好地宣揚宗教思想，“地心說”成爲了西方主流的世界觀，也就是人類所在的地球是宇宙的中心，這正好與宗教所宣傳的說法——上帝創造了人類，還把人類放在了宇宙中心——有着極大的相似點。

在這個時候，哥白尼根據前人的觀點，提出了“日心說”，也徹底推翻了固有觀念下所謂的“世界體系”，認爲太陽纔是一切行星的中心，而地球只是圍繞着太陽旋轉的星球中的其中一個。

事實上，隨着後來天文望遠鏡的發明，以及上個世紀60年代以來太空領域技術的發展，人類如今已經深切地明白了地球的渺小，瞭解了宇宙的無窮，甚至連太陽也只是銀河系裡幾千萬億顆中的一個，就像是一片荒漠中的沙礫。

宇宙的秘密也非常多，其中的暗物質甚至直到目前爲止也依然無法被人類直接觀測到，只能通過間接的方式推測它們的存在，暗物質到底是什麼呢？

暗物質的發現

實際上，在1915年愛因斯坦提出了廣義相對論這一偉大發現的時候，他就據此推導出了引力方程式，得出了宇宙物質的平均密度，認爲它們必須滿足每立方厘米的質量爲5×10^-30克，才能使得宇宙穩定運行。

其實他的引力方程式一開始就表現出了宇宙的膨脹變化，但愛因斯坦當時並不滿意，因爲他認爲宇宙應該是恆定不變的，所以加入了宇宙常數。然而隨後另外一位科學家發現宇宙的確是在不斷地加速膨脹，愛因斯坦一開始的引力方程式並不算是錯誤。

後來通過觀測數據，宇宙物質的密度還比愛因斯坦得出的平均密度數值還要小100倍，也因此1932年他與威廉·德西特共同發表了相關論文，認爲宇宙當中存在着一種“看不見的不發光物質”。

但最早提出“暗物質”存在的可能性的並非是他們，而是一位叫做卡普坦的科學家，他在1922年就認爲星體的附近很可能有着大量人類無法看見的物質。

1932年，荷蘭科學家揚·奧爾特對太陽系的天體進行了研究，也表示銀河系中或許具有非常多暗物質。

第二年，茲威基通過光譜紅移觀測宇宙中后髮座星系團的運行速度變化進行了觀測，發現該星系團的可見天體速度彌散度非常高，而按照它當時所觀測到的星系質量，后髮座星系團所具有的引力其實是很難將內部的星系留住的，甚至可見物質的質量只是佔了星團的一小部分。

換句話說，星系團中會出現一些因爲自身速度太快，從而超出了星系團自身引力的束縛，能夠衝出該星系團，這就好比是人類製造飛船，就需要依靠火箭的衝擊力，使得火箭具有能夠衝突地球引力的速度，這樣才能走出地球，來到太陽系之中。

但是后髮座星系團的一些星體速度已經遠超該星系團的逃逸速度，卻依然在其中受困。

因此科學家茲威基認爲，后髮座星系團很有可能是因爲有着大量的暗物質存在，甚至遠遠超過當前人類已經的星系質量的100倍。

1970年，科學家們利用當時光譜測量技術，對仙女座大星雲進行了研究和分析，發現原來在宇宙當中，相當大的範圍裡星系外圍的星體運動速度是保持不變的。

要知道原本科學家通過星系旋轉曲線，認爲可見天體的質量和距離中心的位置，再加上萬有引力，得出了距離星系中心越遠的天體，所旋轉的速度自然也就越慢。

但是上面結論與實際情況並不一致，這也表明了宇宙暗物質或許並不只是存在於星系的核心區域，而是分佈在各種地方，並且暗物質的質量也遠遠超過人類可見的星體加在一起的重量。

雖然現在人類仍舊無法直接找到暗物質的“真身”，但是科學家們發現了許多的證據，足以表明暗物質確實存在。除了上面的方法，科學家們還可以通過宇宙微波背景輻射、宇宙大尺度結構等等方式進行推導暗物質的存在。

暗物質是什麼？

或許有人想問，暗物質到底是什麼呢？它其實就是一種可能存在於宇宙裡的物質，人類對暗物質也只是推測，它也只是一種理論。

有人認爲，暗物質可能是一種“弱相互作用有質量的粒子”，但也有人表示暗物質就是由其他粒子所組成的，前者其實正是被許多人討論廣泛的暗物質的可能之一，很多科學家認爲這種粒子有更大的可能性就是暗物質。

宇宙中的基本粒子之一——中微子雖然滿足弱相互作用的條件，被叫做宇宙“隱形人”，科學家們找到它花了20多年，這樣的屬性看來幾乎與暗物質非常相似，但它本身是在高速運動着的，甚至速度還接近於光速，與其說它是“暗物質”，不如說中微子是“熱暗物質”，這一點又與暗物質不太相符。

然而在人類目前發現的所有粒子中，都完全沒有既滿足弱相互作用又滿足擁有一定質量的條件的粒子，因此它可能是人類尚且還沒有發現的，新型的粒子。

故此，暗物質到底是什麼，因爲沒有確切的發現，我們也無法給出一個準確的答覆，暗物質的組成部分也沒有人能夠知道。

目前而言，人類能夠確定的是暗物質幾乎佔據了宇宙物質的26.8%，運動速度或許比光速慢很多，而且暗物質的組成部分應該是一種電中性的粒子。

根據推測，科學家們認爲暗物質的屬性應該有4點，其一就是弱相互作用，這也是因爲暗物質無法被人類觀測到，所以它應當既不會參與電磁相互作用，也會對光子“敬而遠之”，也就使得人類現階段主要的觀測手段——光和電磁信號都無法獲得暗物質的信號。

其二是因爲暗物質本身也會參與到引力相互作用，比如之前我們所說的星系團中，人類觀測到的天體質量遠遠無法支撐起如此廣闊的星系團引力結構。

但是在暗物質的支持下，恆星穩定地旋轉運行，正是因爲暗物質與天體共同產生的引力影響。所以我們可以得出，暗物質其實是有質量的，只是我們並無法確認一個暗物質到底有多大的重量。

其三是暗物質屬於非常穩定的物質，因爲不管是星系、星系團、星系羣、超星系團等等，一直到宇宙中最大的結構單位——宇宙大尺度網狀結構複合體，這些宇宙結構中都存在着暗物質。

這也代表着暗物質從宇宙誕生開始或許就已經存在了，並在如此漫長的時間以來一直穩定地存在着。

其四也同樣是因爲宇宙的大尺度結構，如果暗物質要形成“宇宙網”的“骨架”，那麼就必須要是“冷暗物質”，也就是說暗物質的運動速度需要比光速低很多，才能擁有足夠的引力，架構起宇宙的大尺度框架。

人類探測暗物質手段

雖然人類目前爲止，還未做到發現暗物質的任務，但是科學家們依舊在不斷地觀測宇宙，並進行相關的實驗，爭取能率先掀開暗物質的“真面目”。

因爲宇宙中的可見物質其實只佔了整個遼闊宇宙其中的極其微小的部分，更多的暗物質和暗能量還藏在“面紗”背後。

如果我們可以發現暗物質的存在，那麼就可以通過研究暗物質，發現宇宙的起源到底是什麼樣子的，也可以發現宇宙結構的形成方式，甚至說不定可以將暗物質爲人類所用，成爲更加高效、更加強大的能量。

也因此，人類針對暗物質的屬性，主要採用三種方式來觀測暗物質。

第一種是根據暗物質本身是屬於粒子，那麼就算暗物質的相互作用再微弱，也有一定的可能會被儀器察覺觀測，在地球上隨時都會有大量的宇宙粒子穿過，則其中必然有暗物質粒子。

由於暗物質難以被發現，因此科學家爲了最大程度屏蔽其他宇宙粒子的影響，將暗物質的探測器建立在了地下，並且設置了重重屏障，盡最大可能避免宇宙射線的干擾。

如果有暗物質粒子來到了屏障中心的探測器，其他的宇宙粒子都被阻擋在了各種“牆”的外面，當它撞擊了探測器的原子核，科學家就可以監測到暗物質的存在，但是直到目前爲止，這些實驗還沒有直接發現暗物質存在的確鑿證據。

第二種也就是利用衛星或者空間站建造的探測器，通過收集宇宙的粒子，查找其中暗物質湮滅或者衰變後形成的基本粒子。

第三種方式則是通過高能粒子對撞機，利用人類的科技在實驗室當中產生出暗物質粒子，從而監測暗物質的存在。

結論

人類的科技發展其實並不算是非常先進，或許我們還需要等待幾十年，甚至是上百年的時間，未來總有一天我們會發現暗物質的。