远方的远方的风景

对于暗物质的概念是上个世纪30年代被加州理工的教授兹威基提出的，他当时研究后发星系团，结果发现星系的运动速度过大，要想维持现有的稳定状态，这个星系团就需要额外的看不到的一种物质。尽管他提出很早，但是一直没有被大家重视，一直等到了70年代才被天文学家通过观测仙女座星系中的旋转曲线的时候才得以再次被重视，之后才逐渐得到大家的承认。到目前为止，已经有非常多的方法能够确认暗物质的存在，在wiki百科上列出了有11种之多，除过旋转曲线之外，还有子弹星系团，引力透镜，CMB功率谱等等。

对于暗物质的探测方式也主要有三种方式，通常包含了上天，下地和探测器。中国在前两种方式上，也是和国外可以竞争的。上天的话，中国有暗物质卫星，俗称悟空卫星。国外有费米卫星等。下地有上海交大的熊猫计划X，国外也有好多类似的地下计划。目前探测器的方式就是指利用欧洲CERN的LHC通过对撞来产生暗物质粒子，但是很遗憾的是，到目前还都没有探测到任何的暗物质迹象，但是地下的探测方式已经在逐渐的提高探测极限。所以有些科学家在考虑其他的探测模型和参数探测空间。

从探测国家上而言，无论是空间探测，还是地面探测，中国在这两方面都做的很不错，但是美国，意大利在这方面也都很好。

黑洞来客

暗物质研究，我国已经紧追而上，并取得重大成果。

图示：全球第一个暗物质探测卫星，是我国于2015年12月17号发射的悟空号暗物质探测卫星（Dark Matter Particle Explorer，简称DAMPE）。

暗物质探测卫星，是中国发射的第一个空间望远镜。制造这枚卫星，花费了一亿美元，属于空间科学战略性先导专项，标志着我国在重大基础科学项目上开始发力追赶发达国家。并且在2017年获得重大成果，很有可能确证了暗物质的存在和湮灭。

目前国际上推测暗物质的方式有三种：

在加速器上探测暗物质粒子

在地下直接探测暗物质粒子

在天上间接探测暗物质粒子

但都没有取得决定性成果，迄今为止已经花费数百亿美元。

暗物质是什么？

暗物质经常与反物质混淆，但天文学家知道暗物质不是反物质，因为当反物质与物质接触时，它会消灭自身并释放出大量的伽玛射线。由于我们没有检测到如此大量的任何独特的伽马射线，因此可以排除暗物质是反物质的可能性。

图示：外围恒星运动速度太快（左图），按探测到的质量计算，它的运行速度不能超过右图。箭头的长度代表速度。

暗物质这个概念的出现，最初是用来解释遥远星系中那些明显异常的恒星运行速度。恒星要保持在星系中不飞出去，那么它离星系中心越远，其速度就必须越慢，因为飞太快，就会脱离星系的引力，径直飞入太空，成为流浪的恒星。以太阳系为例，水星的旋转速度就比海王星快得多。

图示：如果所有行星都用同样的时间绕太阳公转一圈，那么外围行星会因为速度太快，飞出太阳系了。

水星围绕太阳转一圈只需要88天，公转速度为每秒47.89千米/秒

而海王星围绕太阳转一圈则需要165年，这不仅是因为它运动的距离要比水星长得多，同时也因为它的公转速度很慢，只有5.43千米/秒。

实际上，随着行星越是远离太阳，公转速度就越慢，这是一种必然。让我们把其他行星的公转速度都例出来，以下速度都是平均轨道速度。

水星： 每秒47.89千米。

金星： 每秒35.03千米。

地球： 每秒30千米。

火星： 每秒24.13千米。

木星： 每秒13.06千米。

土星： 每秒9.64千米。

天王星：每秒6.81千米。

海王星：每秒5.43千米。

但是那些遥远的星系中，绕星系中心公转的恒星运动速度明显不对劲。它们转得太快了，需要额外的引力来解释，它们的运动速度过快同时还没有飞出星系的理由。而额外的引力需要额外的物质来提供，由于观察到的物质总量与根据恒星运动速度计算出的物质量之间存在一个差值。这个差值就被称为暗物质。

图示：绿线表示没有暗物质时的情况，黄线表示实际观察到的情况。这中间的差值，天体物理学家们使用暗物质假设来进行解释。

最初，天文学家们认为，只要仔细观察，就能将差值补上，但随着时间的流逝，他们意识到一件事，暗物质是真的暗。以现在人类拥有的所有观察手段，都无法直接探测到它们的存在。这意味着除了拥有引力之外，暗物质和我们熟悉的常见物质之间存在物理学上的重大差异！

这个推论，非常振奋人心，也让暗物质成为真正的神秘现象，宇宙级神秘现象，而不是某个偏僻的公寓闹鬼那种扯淡的神秘现象。

暗物质真的是暗物质，虽然我们无法直接看到它们，但它们存在的效应又是如此明显。就像我们的眼睛虽然看不到红外线，但我们知道它的存在，因为红外线有热效应。暗物质也一样，虽然我们所有种类的望远镜，比如探测可见光、红外形、X射线、伽马射线等等的望远镜都不能直接看到暗物质，但是它必然存在，因为它表现出了引力效应，而物质最基本的属性就是引力效应。

经过多年研究，一些理论物理学家，对暗物质提出了一些猜想。比如，暗物质除了存在引力效应之外，它们依然有可能会与宇宙射线相互作用，当宇宙射线与暗物质相互作用时，可能导致暗物质湮灭，这时候暗物质可能会产生反质子，即质子的反粒子。反质子很快就会和普通物质之间发生湮灭现象，产生可观察的高能射线。

而我国的暗物质粒子探测卫星，就是去寻找这种特定的高能射线，是否真的存在，并且已经取得重大进展，很有可能将证实暗物质的存在和湮灭现象。

暗物质粒子探测卫星，有三大科学目标，不仅仅是探测暗物质

1. 观测高能电子和伽玛射线来寻找和研究暗物质粒子
   

2. 在宇宙射线起源方面取得突破

   
   

3. 观测高能伽玛射线, 尝试发现量子引力效应
   

为了实现这些目标，关键在于看得清测得准。悟空将测量所有入射的高能粒子，并测量这些高能粒子的三个主要物理量：能量大小、来自何处（方向）、电荷多少。

为了实现这个目标，暗物质粒子探测卫星拥有这些探测器:

1. 塑闪阵列探测器，将入射粒子分类；
   

2. 硅微条阵列探测器，探测粒子的方向和电荷；
   

3. BGO量能器，再次测量入射粒子方向，以及能量，再次鉴别粒子的种类；
   

4. 中子探测器，再次鉴别粒子种类，尤其是将高能电子和伽马射线与质子、重核分别开。
   

这四大探测器，可以组合出75916路子探测器，是我国飞在天上的电子学方面最复杂的一颗卫星。

图示：目前认为，暗物质产生的伽马谱线、晕状伽马射线和奇异电子能谱与常规物质有显著差异，通过探测这三者来对暗物质进行鉴定。

2017年，11月30号，中科院宣布，悟空卫星很可能已经发现暗物质存在的证据。不过，细节还在研究中。

暗物质真的存在吗？

但是，并非所有物理学家和天体物理学家都接受暗物质假设，他们认为遥远星系中的异常现象，也许有别的解释，比如我们看得还不够仔细，比如我们的望远镜还不够强大。这其中最矛盾的地方就是，我们自己的银河系中似乎不存在暗物质。但没人知道为什么不存在，最简单的解释，可能就是我们能把银河系看得足够清楚，所以观察值和理论计算值之间不存在重大误差。

图示：图中的线条表示，遥远星系中可能的暗物质分布范围。宇宙中的暗物质分布很不平衡，但没人知道这是为什么。

裸猿的故事

人类活到今天，真得感谢这位隐身的【粒子小兄弟】。

造就第317位讲者 袁强

紫金山天文台研究员

暗物质粒子探测卫星「悟空」团队成员

暗物质这个概念是怎么来的呢？这要从一个方程讲起。

我们可以把它称作宇宙的定律，它的名字叫「爱因斯坦场方程」，它有另外一个名字叫「广义相对论场方程」，它还有一个低配版本，就是「牛顿万有引力定律」，想必知道的人可能会更多一点。

这个方程描述的是宇宙中的物质彼此之间的引力关系，但是在天文观测中，我们很多时候发现这个方程好像有不成立的情况。

暗物质就是从这样的一些反常的现象中发现的。

01 人类如何发现暗物质可能存在？

在爱因斯坦还没有出生的时候，人们用牛顿定律来理解天体运动。

当时，大家只知道太阳系有七大行星，从里到外依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星和天王星。它们都在引力作用下绕着太阳运行。

通过牛顿万有引力定律，人们可以准确地计算出每一颗行星的运行轨迹，可以预期这颗行星今天应该出现在什么位置，明天应该出现在什么位置。不光是太阳对它们的影响，甚至行星之间的相互作用和运行规律我们都能很好地掌握，计算结果与观测结果都能对得上。

唯独最外围的天王星是个例外，它的运动始终体现出那么一些不规律性，人们预期它应该在某个位置，事实上它总是会偏一点，让人非常困惑。

1843年到1846年间，两位年轻的天文学家，英国的亚当斯（John Couch Adams）和法国的勒维耶（Urbain Jean Joseph Le Verrier），他们分别通过万有引力定律推算出在天王星之外还有一颗不为人知的行星，正是它影响了天王星的运动。

1846年，德国的天文学家伽勒（Galle Johann Gottfried）用望远镜在亚当斯和勒维耶预测的天区发现了这颗行星，也就是后来为人所知的海王星。

这个事情给我们一个什么启发呢？就是说，如果你发现已有的定律什么地方不太对劲，那么这很可能意味着，在某些地方存在某些不为人知的东西。

这个现象，持续困扰着学界。

到了1930年，瑞士的天文学家兹威基（Fritz Zwicky）在观察星系团（由相互之间有一定力学联系的若干个星系集聚在一起组成的星系集团）的时候发现了一个奇怪的现象，有些星系的运动速度远远超过了它所在的星系团本身的逃逸速度。

逃逸速度是一个什么概念？大家知道，当我们发射的火箭和宇宙飞船达到第一宇宙速度的时候，它们就能绕着地球做匀速圆周运动，如果这个速度更快，达到所谓的第二宇宙速度，那么飞船或者火箭就能脱离地球引力，飞离地球，这就是逃逸速度。

之所以说兹威基发现的这个现象非常不可思议，是因为按照原有的认知，这个星系团早就应该分崩离析了。于是他提出了一个大胆的猜测，认为这个星系团里面很可能存在一些我们还看不到的物质，它们提供了额外的引力把这些星系牵制住，使得它们不会跑掉。

这是暗物质存在的一个强有力的证据，兹威基现在也是公认的暗物质研究先驱。

1970年左右，人们又发现了另外一个现象，即星系外围物质的运动规律与星系旋转曲线相悖。星系旋转曲线，是指星系中不同位置的天体绕星系中心运动的速度遵循「越靠近太阳，速度越快，越远离太阳，速度越慢」的规律。我们可以根据万有引力定律推算出星系在不同位置的预期速度。

但现实如图所示，我们看到绿色的点越往外速度越快，跟我们的经验完全背道而驰。

这个现象再次指向了此前的猜测——在星系的黑暗区域，很可能存在着大量物质，提供了某种引力，加快了其它天体的运动速度。迄今为止，类似的证据不胜枚举。有人可能心里会犯嘀咕：会不会是爱因斯坦的方程出问题了呢？

这种可能性是完全存在的。爱因斯坦的理论显然不应该是宇宙的终极理论，未来，我们有可能会超越爱因斯坦。在我们对这个问题的研究过程中，有两个值得注意的地方：

第一，我们对爱因斯坦的广义相对论已经做了很充分的检验，在我们力所能及的范围之内，爱因斯坦的理论是精确成立的；

第二，有一些学者也在试图修改爱因斯坦的理论，但事实上很困难，他们所做的修改往往只能够解决某些问题，放到另外的问题上就又说不通了，需要做另外的修改，也就是说，至今未有突破。

这两点告诉我们：如果宇宙中确实存在暗物质，哪怕现在看起来不那么好理解，那么我们这个宇宙反而是更容易理解的。

甚至，暗物质最好是存在的。它的存在对我们来说很关键，因为它可以加速星系的形成。如果宇宙中没有暗物质，就没有银河系，没有太阳系，也就没有我们人类自身。所以说，某种程度上我们也得感谢暗物质，给了我们存在的机会。

02 暗物质是怎样的一种存在？

既然我们相信暗物质的存在，或者说希望它存在，那么它到底是什么样的东西呢？目前，我们对暗物质的理论定义是：通过天文观测推断出来的可能存在于宇宙中的一种不可见物质。这就是把它叫做「暗物质」的原因。

这个动画展示计算机模拟出来的暗物质在宇宙中的分布状况，我们的银河系大概就相当于画面中的一个小点，由此可见宇宙有多么宏大多么壮观！

那么暗物质在其中的占比是多少呢？从能量的角度看，占了68%；从物质的角度看，占了27%；而我们所熟悉的那些普通物质，只有5%。概括地来说，暗物质在宇宙中处于一种稀疏、不均匀分布的状态，在亚星系尺度上有一些团状结构。

理论上说，地球附近包括我们周围也应该有暗物质。根据天文学家的测量，一个立方厘米，就是我们一个手指头这么大的空间里面，暗物质的质量大概等同0.3个氢原子，如果我们把整个地球的暗物质收集起来，总共不到一公斤，所以暗物质对我们的生活几乎没有任何影响。

普通物质是由各种各样的粒子构成的，如果暗物质存在的话，那它可能是什么样的粒子呢？

这个表是粒子物理的标准模型，已知的宇宙都是由这些粒子构成的，但是当我们拿它去跟我们认识到的暗物质属性做比对的时候，却发现没有一种已知的粒子可以满足这些属性。这说明了暗物质很可能是一种超出标准模型的新粒子，更具体来说，是一种弱相互作用的大质量粒子。目前我们对暗物质的认识，也就到这一步。

03 如何寻找暗物质？

既然我们对暗物质有了这么一个框架性的或者叫方向性的认知，下一个问题自然就是：我们能不能探测到这样的粒子，以及如何探测？

目前的办法有这么几种：第一种比较简单粗暴，通过高能粒子对撞，直接把暗物质造出来，但是位于欧洲核子中心的全球最大型粒子对撞机，至今还未发现暗物质的存在。

第二种办法可以叫「入地」。我们身边的这些暗物质粒子，它有可能和我们有一种很微弱的相互作用，需要非常精密的仪器才能探测到，由于空气中有大量的宇宙射线粒子，它们会对实验形成很强的干扰，所以我们必须把实验放在很深的地下实验室去做。

中国在四川锦屏山下建了深地实验室，目前正在开展两个暗物质探测实验，照片上是上海交通大学PandaX暗物质探测团队，虽然至今也还没发现暗物质粒子的信号，但他们对暗物质粒子属性给出了一个很强的约束，已经是目前世界上灵敏度最高的实验结果。

第三种办法就是「上天」，因为暗物质湮灭之后会产生一些标准模型粒子，也就是普通粒子，而地球大气层把这些粒子的大部分都挡在了外面，通过发射卫星探测器，我们在大气之外观察这些宇宙高能射线粒子，可以间接地寻找暗物质。

我们有一颗叫做「悟空」的暗物质粒子探测卫星，它是全世界观测能段最宽、分辨率最高、本底最低的暗物质探测器。

「悟空」这个名字是由一位叫林磊的网友取的，他是一位天文爱好者。这个名字取得非常传神，从字面意思看，是「领悟虚无」，正好跟探测暗物质的这个事情契合；其次，孙悟空有一双能看清宇宙万象的火眼金睛，我们的探测器也应该具备这样的能力。

那么悟空看到了什么东西？

我们去年底发表了第一个成果，在国际上引起了很大的反响。横轴是宇宙射线里一种叫电子的能量，纵轴反映的是不同能量的粒子数。

这个图只是反映我们看到的现象，还有很多无法解释的东西，比方说图上有一个点好像突然就跳上去了，这里是不是存在暗物质呢，还需要进一步的研究。

《自然》和《科学》的社论称，悟空开启了中国空间科学的新纪元。

04 如果找不到暗物质？

如果找不到暗物质怎么办呢？这是我经常被问到的一个问题。

我认为找到暗物质当然很好，那将是一个非常大的进展。但就算没有找到暗物质，也并不代表我们的努力是没有意义的。它意味着我们需要去突破爱因斯坦的理论，我们对宇宙基本规律的认知，还需要一个飞跃。

在热力学能量守恒定律被提出来以前，曾有很多人想制造出「永动机」，尽管最后都以失败而告终，但这些失败的尝试很大程度上推动了我们最终发现能量守恒定律。

当然，我个人不希望暗物质的探测是这样的一种结局。

人类为什么要探索宇宙？对我而言，就是我为什么要去探索暗物质？即使明知道它对我们生活的影响微乎其微。

回顾历史我们就会发现

基础科学的每一次突破

都会带来技术上的重大飞跃

对我们的思维方式和生活方式产生重大影响

暗物质究竟能够给我们带来什么？

谁又知道呢？

文字丨漫倩

校对丨其奇

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造就

暗物质，顾名思义，也可以理解为“看不见的物质”，这里的“看不见”当然不仅仅指的用眼睛看不见，人类探测器也很难找到暗物质的存在！

那么，科学家们是如何发现有暗物质的存在呢？

天文学家们在观察遥远星系边缘的天体运动情况时，发现那里的天体运动速度很快，远远超出理论计算出来的速度，而且天体距离星系中心越远，速度就越慢，但观察结果并非如此！

这意味着如果没有其他的力量“拉拽”着边缘的天体，它们应该飞离星系才对，但事实上并没有这样！这意味着必定存在一种物质，这种物质利用强大的引力“拉拽”着性子边缘的天体！

而由于很难探测到该物质的存在，科学家们把它叫做“暗物质”，它与普通物质一样具有引力作用。而且通过计算得知，暗物质的数量达到普通物质的4倍！

虽然暗物质才是宇宙的主人，但遗憾的是目前人类对它的研究少之又少，因为暗物质只通过引力与我们发生作用。

目前对暗物质的研究也谈不上最厉害的，因为每个国家对暗物质的认知都差不多，并没有实质性发现。不过从研究进程来看，我国走在世界前列！

如果你经常看中央三套，就会发现在国家品牌计划广告中，就有一个关于暗物质研究的介绍，我们还有暗物质卫星（悟空卫星）。当然国外也有费米卫星，还有欧洲CERN对暗物质的研究！

期待着有一天人类能彻底揭开暗物质神秘面纱！

宇宙探索

假设的暗物质暗能量

天文观察到了天体红移现象，既天体的红移现象只能用超光速澎涨和天体超光速位移两方面解释，至于其它方面的解释还是空白。依据天体红移，星系团运动速度不应比正常速度偏快，连中心体的引力也不支持超快部分的速度。天体红移只能令科学界震惊，只好推测宇宙在作超光速澎涨运动，不会推测天体在作超光速位移，其它方面是空白。宇宙澎涨的力来自那里，是什么样的力支持克服向心引力而澎涨运动，是科学界的困扰，依此，科学界在推测的基础上再假设有暗物质暗能量的存在，是5倍暗物质支撑明物质作离心澎涨运动，暗能量支持澎涨的力。

天体红移现象

天文观察到了天体红移现象，是整个星系的位移速度表现为红移现象，星系整体自转也在加快，并且天文观察的事实客观上得出了红移量与离观察者的距离成正比，说明天体澎涨速度在加快，趋向于无穷作超光速运动，这违反了引力向心运动规律，违反了自然规律，违反了暗物质分布是均匀的推测规律。从宇宙大爆炸开始，认为宇宙澎涨速度一直是单调增加，天体澎涨速度可趋向于无穷大，可无穷超过光速，这个观察结果是模糊的，无法前去证实。宇宙大爆炸前是不澎涨的，都是在引力收缩的作用下变为了奇点。倘若是宇宙大爆炸时引起了宇宙大澎涨，理应爆炸中心力最强，然后是单调减少，直至趋向于静止。一个是超光速澎涨，一个是澎涨趋向于静止，两方面矛盾重重。宇宙澎涨起源于大爆炸前，还是大爆炸后，或是同时产生的，都难以理解，靠想象解决问题，好象假设的暗物质成为了事实。

推测和假设都不成立

宇宙大爆炸前只是一个奇点，不存在澎涨现象，也没有所依的红移现象，宇宙所有存在的物质都在引力收缩力作用下使之变成奇点，包括暗物质也变成了奇点，也向心运动了。爆炸时瞬间澎涨力是逐渐减弱的，而依据红移推测得澎涨矢量是逐渐加强的，要解决这个矛盾只能说宇宙澎涨与爆炸无关才行。宇宙大爆炸时不见暗物质参加，爆发力也不需要暗物质支撑，白身完全可离心运动。因此，依据暗物质没表现为推力，暗物质没出现在宇宙空间，得宇宙大爆炸前和爆炸时假设的暗物质暗能量是不成立的。宇宙大爆炸后，多于明物质5倍的暗物质是什么时候产生的，推力是什么时候出现的，成了未解之谜。澎涨超光速运动的时间在宇宙中存在了138亿年，还是200亿年，这方面实际上属想象的世界了。在银河系天文观察方面已证实了无澎涨运动，同时也就证实了银河系无假设的暗物质暗能量存在。依据暗物质是均匀分布的，由支撑性决定，得银河系没有分布暗物质，与假设均匀分布条件矛盾，从而得假设的暗物质暗能量在客观上不成立，得推测的宇宙澎涨运动现象也不成立。

宇宙超光速澎涨得原宇宙空间为零

天体红移现象无法解释，只好推测空间存在澎涨运动。宇宙138亿年的超光速澎涨，使时间距离无法想象的变化着，巳知现在的半径460亿光年，设宇宙澎涨速度为3倍多光速，得原来的宇宙半径为零，得宇宙原来无空间存在，这根本不符合客观规律，只符合数学规律。倘若依此计算结果，得推测的宇宙澎涨客观上不存在，得假设的暗物质暗能量不成立。

对暗物质存在规律的推测

暗物质遵循引力相互作用规律存在，这巳形成了共识，除此之外一无所获，剩下的就是多如牛毛的想象，离找到暗物质相差920亿光年。暗物质比明物质多5倍，现在连亳毛都未碰到，整个科学界就说不过去了。认为暗物质具有物质性，起支撑作用，必具固态性，如此多的暗物质不可能都是软绵绵地给天体支撑力，以推动式支撑。固态暗物质反不反射光，激光探不探得到，公转，自转运动状态未知，暗物质越吹越神了。在宇宙澎涨存在的前题下，暗物质起推动明物质离心超光速澎涨。问题来了，那么暗物质离心去推明物质自身又是靠什么推动的呢？这方面就难谱了，只能认为纯属于靠想象的澎涨了，想象的澎涨运动也就根本不符合客观实际，只符合想象的存在了。

兰天1969飞碟制造专家

暗物质是广泛存在于宇宙空间中，和常见物质没有电磁相互作用、仅具有弱相互作用的物质。由于不具有电磁相互作用，所以这类物质无法“看”到，故而称为暗物质。

暗物质到目前为止也只是一个猜测可能存在的物质。早前科学家们在研究一些星系的运动状态时，发现了严重违反万有引力的现象：星系中天体的运动速度和靠着星系质量计算出来的理论速度严重不符!即如果仅靠这些星系明面上的质量提供的万有引力，根本无法维持这些星系的结构!

这说明星系种必然还存在着某种我们无法观测到的物质在提供额外的万有引力以维持星系结构。而这种物质，就被起名为暗物质。

至于有关暗物质的研究，世界上包括美国在内都没有取得什么突破性进展，要不然也不会连暗物质是否真的存在都无法给出一个明确答案了。现在各国也仅仅是利用一些探测器进行高能射线、微波背景、引力异常探测手段等从侧面印证暗物质的存在。

不过，还有一种可能就是暗物质根本就不存在，就像当初我们认为光的传播介质“以太”存在一样。如果暗物质不存在，或许又需要一个像爱因斯坦一样的人物来提出一个全新的引力理论来解释星系结构和引力不匹配的问题了。

科学探秘频道

暗物质是一种理论上存在于我们宇宙的不可见物质，在目前的标准宇宙模型中暗物质占到了宇宙物质总量的75%，天文学家最早意识到暗物质存在是因为发现星系外围的恒星运动速度大于内侧恒星运动速度，按照万有引力定律外围的恒星如果运动速度比内侧快，那么就会被甩出去，但事实上星系外围的恒星并没有被甩出去，于是科学家预测星系内一定还存在一个看不见的引力源，这个引力源和星系的引力一起将整个星系牢牢束缚。

这个看不见的引力源就是暗物质，现代天文学通过对天体运动和背景辐射的观测，提出暗物质应该广泛存在于星系，星系团以及全宇宙之中，今天科学界已经相信了暗物质的存在，但是却迟迟没有找到暗物质的真身。

现在各国对暗物质的研究还处于初级阶段，谈不上谁领先谁，而且将来任何一个国家发现暗物质之后都会第一时间向科学界公开，从而让所有科学家都去研究暗物质，让人类进一步认识自身所处的宇宙。

宇宙探索未解之迷

施郁

（复旦大学物理学系）

以前我回答过什么是暗物质，不再重复。现在谈谈研究到什么程度。

基本信息：还！没！有！找！到！暗物质！

但是寻找暗物质的工作正在如火如荼地进行。

可以分为直接探测和间接探测两种实验。 直接探测寻找与暗物质散射引起的原子核的反冲，后者又会发射闪烁光子。一般都是利用地下的矿井。中国在四川锦屏山洞就有这样的实验。 另外作这样的地下实验的还有澳大利亚的Stawell，美国明尼苏达的Soudan，加拿大Ontario的Sudbury的SNOLAB(原来探测中微子的实验室，分享了2015年的诺贝尔奖)，意大利的Gran Sasso实验室，西班牙的Canfranc 实验室，英国的 Boulby实验室。

间接测量是搜寻暗物质粒子在外太空湮灭或者衰变的产物。 丁肇中先生在太空站的alpha磁谱仪就是寻找暗物质湮灭导致的宇宙线。另外，美国NASA的康普顿伽马射线观测卫星上Energetic Gamma Ray Experiment Telescope和费米伽马射线空间望远镜的功能之一是寻找暗物质导致的伽马射线。放在俄罗斯卫星上的PAMELA通过探测正电子和反质子来寻找暗物质。 中国的悟空卫星，即DAMPE通过探测高能伽马光子、电子和宇宙线离子来寻找暗物质。

物理文化与施郁世界线

暗物质是理论上存在的一种物质，但是看不到，借助人类目前的探测器也观测不到，可以这么说，它不是构成那些可见天体的物质，但是呢，它却广泛的存在于宇宙空间中。

现代的天文学家们通过对引力透镜效应现象、天体的运动、宇宙的大尺度结构等方面的观测，认为暗物质存在，并且暗物质存在的作用刚好与暗能量相反。

暗能量是被天文学家们广泛地认为是推动宇宙快速膨胀的幕后推手，而暗物质在抵抗着膨胀，一般上认为，星系能够维持一定的形态，很大程度上是依赖于暗物质的作用。

暗物质与暗能量，看起来似乎比黑洞还要神秘得多，在宇宙中，我们肉眼可以看到的物质只占宇宙的4.9%，剩下的就是暗物质与暗能量了，占到了宇宙总能量的95.1%。

一般上认为，暗物质广泛的存在于星系、星际云团、星团中，它起到了维持形态的作用，宇宙中暗物质的质量要比那些可见物质的质量大得多，暗物质的质量占到了宇宙中总物质质量的85%。

现代科学家们知道的关于暗物质的信息很少，只能确定以下信息：

暗物质是非常稳定的，基本上不参与电磁相互作用，也基本不参与强相互作用；

暗物质是有质量的，但是单个的暗物质粒子的质量无法确定；

暗物质粒子的运动速度应该是远远低于光速的。

现在的问题是，科学家还没有发现暗物质粒子，不过，在世界上有许多研究机构在研究了，期望能够找寻到暗物质粒子。至于哪个国家对暗物质的研究最出色，我想说，全人类对于暗物质的认知还是处于一个朦胧状态，不存在出色不出色。厉不厉害之分，如果有科学家找寻到暗物质粒子了，那么成果也是会公布于全世界的。

科学船坞

暗物质，简单来讲就是看不见的物质。

那为什么看不见呢？因为暗物质不参与电磁相互作用，不发光，不反射光，也不遮挡光，换句话说，它根本不和光玩儿，所以对于我等普通物质而言，暗物质看不见摸不着，不可谓不神秘。

暗物质研究到什么程度了？可以说是人类对其知之甚少。我们之所以肯定暗物质的存在，主要是因为万有引力。有物质就会有引力，暗物质虽然看不见摸不着，但它发出的引力却是实实在在存在的。

人类对暗物质的好奇和探索从未停止，截至目前，已经发射了四颗暗物质探测卫星，分别是阿尔法磁谱仪AMS-02（the Alpha Magnetic Spectrometer）、美国费米卫星Fermi-LAT（the Large Area Telescope on the Fermi Gamma-Ray Satellite）、日本的CALET卫星（CALorimetric Electron Telescope）以及中国的“悟空”。

2015年12月17日，我国发射了首个暗物质粒子探测卫星，即大家熟悉的悟空，它的首个科学目标就是利用其火眼金睛发现暗物质的蛛丝马迹。 与其他三个探测器相比，“悟空”在“高能电子、伽马射线的能量测量准确度”以及“区分不同种类粒子的本领”这两项关键技术指标方面更为领先。

關鍵字: 科技 暗物质 星系团