很多实际发生的“因果”现象在联系上缺乏必要的科学支撑

“宇宙最不可理解的是它竟然是可以理解的！”，1915年，爱因斯坦根据他的相对论得出推论：宇宙的形状取决于宇宙质量的多少。他认为：宇宙是有限封闭的。如果是这样，宇宙中物质的平均密度必须达到每立方厘米5×10的负30次方克。但是，迄今可观测到的宇宙的密度，却比这个值小100倍。也就是说，宇宙中的大多数物质“失踪”了，科学家将这种“失踪”的物质叫“暗物质”。另外，很多实际发生的“因果”现象在联系上缺乏必要的科学支撑而令人感到困惑，或许就是因为忽略了“暗物质”，

那么，先来看看什么是暗物质？暗物质是一种什么样的存在？暗物质(Dark Matter)是一种比电子和光子还要小的物质，不带电荷，不与电子发生干扰，能够穿越电磁波和引力场，是宇宙的重要组成部分。暗物质的密度非常小，但是数量庞大，因此它的总质量很大，暗物质代表了宇宙中26.8%的物质含量，其中人类可见的普通物质只占宇宙总物质量的5%不到(约4.9%)。暗物质无法直接观测得到，但它能干扰星体发出的光波或引力，其存在能被明显地感受到。组成暗物质的可能粒子有中微子、中性子、柚子，在众多可能是组成暗物质的成分中，最热门的要属一种被称为大质量弱相互作用粒子(英文叫做Weakly Interacting Massive Particle，简称WIMP)的新粒子。这种粒子与普通物质的作用非常微弱，以致于他们虽然存在于我们周围，却从来没有被探测到过

在广袤的宇宙之中，暗物质与普通物质有弱相互作用，但是不发光，不发出电磁波，不被我们所见。既然“看不见”，如何能确定其真实存在呢？通常是通过观测光(这里的“光”指广义的电磁波辐射，即能够被仪器记录的电磁波也算在内)来认识遥远的天体的，而暗物质和暗能量几乎不发光，所以很难直接看到它们。探测方法一般可以分为直接观察法和间接法，直接探测法是WIMP偶尔会撞上一个原子核。这一碰撞会散射原子核，进而使之和周围的原子核发生碰撞。由此科学家可以探测到这些相互作用所释放出的热量和闪光。对于暗物质的直接探测实验一般都这设置于地底深处，以排除宇宙射线的背景噪声。这类的实验室包括美国的Soudan mine和DUSE、加拿大的SNOLAB地下实验室、意大利的大萨索国家实验室(Gran Sasso National Laboratory)以及英国的Boulby mine。可直接观察的有中微子、它们通过引力效应影响那些发光物质，暗物质的间接探测主要是观测其两两湮灭时所产生的讯号。 由于其湮灭所产生的粒子与其暗物质的模型有关，有许多种类的实验被提出。

▲17年11月30日，《自然》杂志报道了中国暗物质粒子探测卫星“悟空”的首批探测成果：“悟空”测量到电子宇宙射线能谱在1.4万亿电子伏特（TeV）能量处的一个“拐折”。但这个观测结果也仅仅是让我们距“发现”暗物质又近了一步。“悟空”卫星资料图片

想搞清楚暗物质的发现要从引力先说起，传说中苹果从树上掉下引发了牛顿对引力的思考，为什么地球能围绕太阳旋转而没有落到地面。引力与两个星体的质量和距离有关，引力让天体稳定的运动。通过万有引力定律，科学家发展了天体运动学理论，预测天体的存在以及解释它的运动。牛顿引力定律最著名的例子可能是天王星之谜和海王星的发现。引力也最终导致了认定暗物质的发现。

1821年，法国天文学家瓦布德（Alexis Bouvard）根据当时观测资料和天体运动学理论计算了天王星的运动轨迹，结果发现了很大的问题。他算出的轨道运动与观测不符，而且远超过误差允许范围。对当时的天文学家来说天王星的运动是一个谜。为了解释，科学家一方面开始对牛顿力学发展的天体运动学理论提出质疑，并尝试修改。另一方面提出存在看不到的“暗”卫星或行星，它们的引力作用影响了天王星的运行轨迹。

20年后，当时年仅22岁的天文家亚当斯（John C.Adams）开始思考用牛顿引力理论范畴之内解决这种“暗”星体。1845年，亚当斯得出了一些结论。与此同时，法国天文学家勒维耶（Urbain Le Verrier）也开始独立的计算这颗未知天体的运动。他们各自提出在比天王星更远的天区还有颗行星。1846年，柏林天文台的天文学家加勒（Johann G.Galle）得知此事，立即进行观测，很快就发现了一颗新行星，就是后来被命名为海王星。

19世纪后期，天文摄影给人们展示了宇宙中的黑暗区域，科学家也发现恒星并不是均匀分布的。科学家们想知道这些黑暗区域是完全没有发光的星体，还是有物质吸收或阻挡了他们对恒星的观测。1884年，英国物理学家开尔文勋爵提出了一种气体模型，把恒星当成气体粒子，可以在引力的作用下得出星系的大小和恒星的速度分布。通过这种方法他得出了银河系的总质量，他又计算了所有能看到的恒星的总质量，发现前者大于后者。两者能比较的意义在于，恒星占据了天体中极大的质量，比如我们生活的太阳系，太阳的质量占据整个太阳系质量的99.8%。所以开尔文勋爵认为存在不发光的恒星，他在一次学术报告中说：“我们所知道的恒星，或许它们大多数是‘黑体’”

1906年法国数学家和物理学家庞加莱在回应开尔文勋爵的工作时，表示气体理论给他留下了深刻印象。他直接用法语写下了“暗物质”一词，所以，庞加莱（Jules Henri Poincaré）第一个写下“暗物质”一词的人。不过他认为暗物质不存在，即便存在也比发光物质少。恒星死亡后是暗物质吗？这位伟大的科学家并没有解决这个问题。

1922年时，荷兰天文学家卡普坦（Jacobus C.Kapteyn），在研究恒星速度的时候假设了暗物质的存在。卡普坦一生的工作极大地推动了对银河系结构的研究，他的学生奥尔特（Jan H.Oort）后来发现了银河系的悬臂结构，他对银河系的研究做出了显著贡献。欧洲航天局称他是二十世纪最伟大的天文学家之一。而奥尔特在1932年时研究太阳运动时候加入了暗物质，并由此计算了太阳附近的物质总密度以估计暗物质的密度