宇宙觀察記錄

暗物質到目前為止並沒有發現，而是科學家為解釋特定的現象而推測出來的物質。由於這種物質我們沒有發現，一直存在於理論中，所以科學家稱之為暗物質。當然，我們可以借鑑之前的經驗來理解它。

暗物質存在的證據

暗物質最早存在的依據是來源於星系團的速度彌補，星系的旋轉速度曲線，再到後來觀測到的引力透鏡。科學家們發現，這些現象僅僅用普通的物質觀無法解釋，通俗的說就是普通的物質無法提供這麼大的引力來維持星系或者恆星的速度。舉個例子，太陽系所有行星都繞著太陽跑，距離太陽越遠，公轉速度越慢。根據牛頓的引力理論，旋轉星系也應該遵循這一規律旋轉才對——但是觀測結果卻大大出乎意料，處在遠離星系中心的恆星，公轉速度要比開普勒定律的理論值大很多，恆星速度越大，需要拉住它的引力就越大。

神秘的暗物質再宇宙中如何分佈的

首先，暗物質跟普通的物質一樣，並不是無處不在的，它們分佈在宇宙中特定的位置，目前還沒有找到暗物質的分佈規律，但是通過目前的觀測資料顯示，暗物質既存在於星系團周圍，也存在於看起來什麼都沒有的空間中。

人類生存的銀河系周圍確定分佈著暗物質，因為通過觀測得到銀河系周圍的恆星，不管距離遠近，都以大概一直的速度在公轉。但是銀河系中心提供的引力是由近及遠的，也就是說離銀河系較遠的恆星是由暗物質的引力提供了部分維持速度的引力。

暗物質為什麼難以被發現？

目前為止，能夠確定的是，暗物質佔整個宇宙物質成分的26.8%，普通物質佔4.9%，另外就是暗能量為68.3%。暗物質的引力效應跟普通物質之間的引力一樣，使得它們聚集成團，彼此向內拉拽。除了暗物質看不見摸不著之外，暗物質難以被發現主要還有下面幾個原因，第一，暗物質除了提供引力，不參與宇宙中其他的作用力。第二，因為暗物質的物質是電中性的粒子所以也不往外發射電磁波。第三，暗物質的運動速度也遠遠低於光速。

科學認識論

如果我們現在已經完全搞清楚了暗物質是什麼，那暗物質可能就不叫做暗物質了，而是有了具體的名字。之所以它會被叫做暗物質，就是因為我們還沒有完全搞清楚它到底是什麼東西。那人類是如何發現暗物質的呢？暗物質又有什麼特點呢？我們接下來分兩份來仔細講一講。

恆星的運動速度

早在1930年代就有科學家在觀測星系周圍恆星時，發現這些恆星跑得特別快。當然，我們也知道速度是相對的，這個“快”究竟是快的呢？

簡單來說，就是按照理論計算，我們可以得到一個恆星相對於星系質心的運動速度，可實際上一觀測就發現，這個速度不符合理論，要快出很多。其實科學家最喜歡看到這種情況了，因此有異常就意味著有機會搞出新理論。不過，當時發現這個現象的兩位都是大神，手頭上都有更重要的研究要搞，就放棄了這個研究。

這個問題同樣發生在銀河系，就拿太陽來說，理論計算值得到的是太陽速度是160km/s，而實際上測到的速度卻是220km/s。

但是我們要知道，科學家的計算方式是通過牛頓理論。牛頓理論已經被證明是極其精準的理論，經受住了很多考驗，大概率上是不會出問題的，但也不是觀測錯了。因此，有可能是存在著什麼因素我們沒有考慮進去。

科學家通過計算發現，如果要讓恆星這樣高速運動，還需要額外5倍左右的引力。所以，科學家就解釋了存在一種東西叫做：

但是，你可能要說了，感覺就是憑空想象出來的一個東西，它真的存在麼?

實際上，科學家不僅僅是想象，還真的就去仔細觀測了。無論是間接觀測還是直接觀測在近些年來已經有很多了。包括我們國家的悟空探測器也是專門用觀測暗物質的。在未來，各國也都在計劃增加暗物質觀測的相關項目，這是目前非常前沿的科學研究。（下圖中就是通過引力透鏡效應觀測到的暗物質的蹤跡，圖中用藍色標出的就是暗物質。）

基於目前的觀測結果來看，我們基本上可以確定暗物質是存在的。但是還沒有辦法確定暗物質的具體性質。

暗物質的特點

之所以很難確定暗物質的具體性質，主要原因就是暗物質太奇葩了。在自然界中，存在著四種作用力，分別是引力，強相互作用，弱相互作用和電磁相互作用。

其中強相互作用的強度是最強的，電磁相互作用其次。然後是弱相互作用第三，引力最弱。我們在觀測天體時，通常使用的是電磁相互作用。說白了，就是天體發出的光子來到地球，被我們捕獲到，而光子就是參與到電磁相互作用當中的。

而暗物質是不參與強相互作用和電磁相互作用的，因此，我們根本無法通過常規手段觀測到它。它可能只參與弱相互作用和引力。而弱相互作用和引力是很弱很弱的，其次弱相互作用的發生概率極其低。所以，我們才會很難感知到的暗物質的存在。

按照目前的主流理論，也即是冷暗物質模型。科學家認為暗物質是均勻分佈在整個宇宙空間的，包圍者我們的星系。其中“冷”說的其實是暗物質只是極其緩慢的移動。也就是說，由於暗物質這樣的特性，即使它現在正在穿過你的身體，你也壓根感覺不到。

以上這些，就是目前對於暗物質的一些看法，但是如果你非要問暗物質到底是什麼，其實科學家是沒辦法回答你的。而且它大概率是由我們未知的物質粒子構成的，也就是說，構成它的粒子並不在目前的粒子物理學標準模型當中。

這也是為什麼，現在各國都在想盡各種辦法去研究暗物質的原因。因為對於暗物質的瞭解很有可能會引發物理學理論的革命。而每一次物理學理論的革命都會帶來巨大的科學技術的革命。

鍾銘聊科學

其實從“暗物質”三個字就能看出來，目前人類對暗物質的瞭解幾乎為零，所以才會用“暗”字，說白了，就是我們不知道是什麼物質，索性起名為暗物質。除了暗物質，對暗能量的定義同樣如此！

那麼，暗物質是如何發現的呢？

簡單說一下。天文學家們在觀察星系邊緣的恆星運動時，發現恆星的運動有些反常！一般情況下，越是遠離星系中心的天體運動速度越慢，天文學家可以根據相關參數計算出天體的運動速度！

不過實際觀察到的速度遠遠超過計算出來的天體運動速度，這意味著這些天體早就應該飛離星系被甩出去了，但事實上並沒有，它們仍舊穩定地運行在星系邊緣！

這說明一定有額外的引力在起作用，這些引力拉拽著天體讓它們更快速地運動，但天文學家們並不知道到底是什麼物質產生的額外引力，乾脆就命名為“暗物質”！

天文學家還計算出，暗物質比我們所見到的普通物質多得多，是普通物質數量的5倍左右，也就是說，暗物質才是宇宙的“主人”！不過由於暗物質只能以引力的方式與我們互動，我們很難對暗物質有更多更詳細的研究！

宇宙探索

暗物質的發現：

1933年，加州理工大學的瑞士天文學家茨威基在研究星系團時發現了奇怪的現象：星系相對於星系團中心的運動速度似乎太快了。星系團是星系的集合體，可以包含數百個明亮的星系，這些星系由共同的引力場束縛。茨威基的同事史密斯用當時世界上最好的望遠鏡收集了星系團中成員星系的速度。利用引力理論，天文學家可以通過星系的運動速度推斷星系團的總質量，星系的運動速度越快，說明束縛它們的引力場越強大，也就意味著星系團的總質量越大。周所周知，物體做圓周運動需要圓心提供向心力，天體圍繞另外一個天體運動，是由萬有引力提供的向心力。引力越大，轉速就越大。根據萬有引力公式不難看出，星系團中，距離中心的星系所受引力越大，應該轉速速度更快，才不致於被黑洞吞噬。而遠離星系團中心的星系所受引力小，轉速就該更慢。

如像太陽系，水星公轉週期為88天，金星為224天，地球為365天，依次到木星4332天等等。公轉週期越短，不考慮轉動半徑以及引力大小，說明太陽系轉動符合萬有引力規律。而茨威基通過星系速度推斷出星系團質量顯得太大了些，要比星系的質量多出幾百倍。茨威基很快將星系團中隱藏的質量命名為“暗物質”。由以上觀測，必須補充暗物質這樣的概念，才能很好解釋觀測現象。

暗能量的發現：

由哈勃發現了星系團紅移，是由光的多普勒效應和時空膨脹效應一起產生的。遠離我們的恆星發出的光的光譜會向紅色的一端移動，這個現象是由哈勃證實的。1929年，E.P.哈勃發現河外星系視向退行速度v與距離d成正比，即v=Hd。換言之，就是星系團在加速遠離我們。科學家把這一現象補充為暗能量。

總結：星系團內支撐星系運動是引力和暗物質；更大尺度的星系團之間支撐的運動是暗能量。

暗物質不與物質發生任何碰撞和反應，基本是穿越而過，所有目前還沒有被發現。只是為了滿足上述兩個觀察到的天體物理現象的補充。根據計算，暗物質是宇宙物質的5～6倍，如此一算，每升空間應該有5×10的22次方克。

暗物質行為非常像幽靈般的中微子，粒子間的各種弱相互作用都會產生中微子，如核反應堆發電(核裂變)、太陽發光(核聚變)、天然放射性(β衰變)、超新星爆發、宇宙射線等等。所以宇宙中充斥著大量的中微子，大部分為宇宙大爆炸的殘留。通過中微子振盪現象間接證實了中微子是有質量的。宇宙中物質與暗物質的不對稱很有可能是由中微子造成。

活的自在點

先說結論：現在，主流科學界認為暗物質為弱相互作用大質量粒子，但最新的研究成果指出，暗物質可能為原初黑洞；暗物質最早由美國天文學家茲威基研究後發作星系團的“光度學質量”與“動力學質量”時被首次正式提及。

當今物理學、天文學、宇宙學都有一個共同的謎題，這也被譽為現代科學中的最大謎題，它就是宇宙中的雙暗謎題。也就是暗物質和暗能量到底是什麼之謎。

首先，我們要先來說明一下什麼是暗物質？

如果你是第一次聽到這個話題的話，現在肯定有點暈了，我前一句話還是現代科學的最大謎題是：暗物質是什麼？後一句話就是來告訴你什麼是暗物質？聽上去很奇怪啊。呵呵，是有點繞，但不奇怪。什麼是暗物質就是告訴你暗物質這個名稱的來歷，讓你知道科學家們正在研究的這個神秘物質的來龍去脈。

話說 1933 年，在美國加州理工學院有一位叫做茲威基（Zwicky，1898年 – 1974年）的年輕天文學家，正在著迷地研究后髮座星系團。這是一個位於獅子座附近，由差不多 1000 多個大星系和幾萬個小星系組成的巨大的星系團。茲威基試圖測算出這個星系團中星系的平均質量，他有兩種方法可以測算，

• 一種稱之為“動力學質量”，要用到一個叫維裡定理的公式。需要先測出星系團中星系之間的相對運動速度，然後套幾個公式，最後就能估算出該星系團中星系的平均質量了。
• 還有一種方法稱為“光度學質量”，這個比較好理解，就是先測量星系的亮度，然後就可以估算大約需要多少物質，才能發出這樣的亮度來。

按理說，用這兩種方法測算出來的星系平均質量應該是差不多在同一個數量級上，但茲威基計算的結果是“動力學質量”居然比“光度學質量”整整大了 160 多倍。雖然我們今天知道，茲威基低估了后髮座星系團離我們的距離，從而低估了星系的光度學質量，但是即便是按照今天的數據，兩種質量的比值依然大得離譜。

茲威基看到自己的計算結果後，那是捏呆呆地出神啊：難道牛頓定理在後發座星系團失效了？

但他很快就想到，也許還有一個更合理的解釋：會不會是在後發座星系團中存在著大量不發光的物質呢？

這個解釋聽上去合理多了，而且后髮座星系團距離地球足足有 3.5 億光年之遙，有一些物質不發光，或者發光很微弱，在地球上根本觀測不到，這也是很好理解的。於是，茲威基就在論文中猜測，在後發座星系團中包含大量暗物質，也就是不發光或者相對很暗的物質，而且這種物質佔到了該星系團中物質總量的 99%。

這是暗物質這個詞第一次出現在學術論文中。但茲威基並沒有覺得這個猜測有多麼了不起，或者根本就沒有意識到，他無意中觸碰到了一個宇宙的驚世之謎。只過了一年，茲威基的注意力就完全被宇宙中的另外一種迷人天體“超新星”吸引過去了。這一擱置，就是 50 多年沒人理會，茲威基也在 1974 年去世，他沒有等到自己提出的暗物質驚動全世界的那一天。

然後就是到了上世紀六十年代，美國有一位女天文學家叫魯賓（Rubin，1928年 - ）。她在研究銀河系的轉動時，和茲威基一樣，她產生了一個巨大的困惑。什麼呢？

銀河系外側的恆星繞銀河系中心轉動的速度，比用理論推算出的數值大了太多。

這一發現讓魯賓大惑不解，也激發了她深入研究的興趣，這一研究就持續了十幾年。她取得了大量詳實的觀測數據，又做了仔細的計算，她發現，如果要維持銀河系目前的轉動速度，又不讓銀河系分崩離析，銀河系的總質量必須遠遠高於目前已經觀測到的所有可見天體的質量。

打個比方來說，如果我們用沙子捏一個陀螺，把這個陀螺旋轉起來，那麼轉速一快，沙陀螺肯定會被轉散架，因為沙子與沙子之間的結合力不足以維持向心力。要讓沙陀螺不散架，就得拿膠水和在沙子裡面。如果把銀河系想象成一個沙陀螺，那麼萬有引力就是膠水，這個膠水的強度決定了陀螺的轉速最高能到多少。

現在，我們已經觀測到了銀河系的轉速，那麼就能反算出總的引力大小，進而算出銀河系的總質量。魯賓確定無疑地發現，銀河系的大部分質量“丟失”了。於是，1980 年，她和同事發表了一篇論文，詳細描述了他們的發現。這是天文學史上第一篇有關暗物質的重量級論文，影響很大。

不過魯賓的發現只能算作暗物質存在的間接證據，真正的第一份直接證據出現在 2006 年。那一年，以道格拉斯•克洛為首的一隊美國天文學家，利用錢德拉 X 射線望遠鏡對一個編號為1E 0657-56 的星系團進行觀測時，無意間觀測到星系碰撞的過程。

星系團碰撞威力之猛，使得暗物質與正常物質分開，因此發現了暗物質存在的直接證據。

到了這個時候，暗物質在科學界已經是一個非常熱門的研究課題了，起初的時候，人們還是挺樂觀的，覺得很快就能把暗物質給搞清楚。不就是一些不發光的天體嘛，宇宙中有的是不發光的天體，比如像地球這樣的行星就是不發光的，還有褐矮星，這些都是質量相對普通恆星較小，亮度相對很暗的恆星，因為距離遙遠，我們在地球上觀測不到嘛。

當然，還有黑洞，那就更不發光了，否則就不叫黑洞了。這些不發光或者發出很暗淡光暈的天體在天文學上有一個統稱，就是大質量緻密暈天體。英文縮寫是 MACHO，為了我敘述的方便，我後面把它簡稱為暗天體。

在最初的幾十年，天文學家們把目標鎖定在了這種暗天體上，要知道，根據計算，暗天體是普通天體的五倍多，也就是說我們銀河系中應該充斥著這種暗天體。但是由於這些天體太暗，無法用光學或者射電望遠鏡看到，所以，探測他們的主要方法就利用微引力透鏡效應。因為有質量的天體產生的萬有引力會使得經過的光線發生偏折，這就跟透鏡可以偏折光線一樣，所以稱為微引力透鏡效應。這種效應的一個直接後果就是當暗天體在背景恆星前經過時，會讓恆星的星光暫時增強，於是這顆恆星會看上去顯得更明亮一些。

於是，根據這個原理，天文學家們就開始對大小麥哲倫星雲中的數百萬顆恆星進行了長達數年的仔細觀測。為啥是大小麥哲倫星雲呢？因為這兩片星雲是離銀河系最近的兩個河外星系，也稱為銀河系的衛星星系，用肉眼就能看到。這兩片星雲確定是在銀河系之外的星系，所以，當它們中的恆星發出的星光到達地球上，必然要差不多穿過銀河系，那麼銀河系中的暗天體就會因為微引力透鏡效應使得大小麥哲倫星雲中恆星的亮度產生可觀測的變化。

但是，數年的觀測結果顯示，銀河系中根本沒有那麼多的暗天體。這些觀測結果足以排除 10 倍太陽質量以上的暗天體是暗物質的主要成份的可能性。換句話說，天文學家們對暗物質的第一次搜尋以失敗而告終。

這個問題不光是引起了天文學家的興趣，也引起了粒子物理學家們的極大興趣。他們用他們自己的職業嗅覺就提出了暗物質的另外一種猜想，起的名字也很不明覺厲，叫做弱相互作用大質量粒子，簡稱為 WIMP。

簡而言之，他們猜想暗物質是充滿在宇宙中的一種微觀粒子，這種粒子質量很大，但是卻不與電磁波發生相互作用，不管是在可見光波段還是在非可見光波段，所以我們看不到。為了敘述的方便，我後面就把它們叫做暗粒子。到目前為止，儘管科學家們使用粒子加速器、地下探測器和空間望遠鏡搜索了幾十年，但仍然沒有找到它們存在的證據。隨著暗粒子搜尋的零結果越來越多，粒子物理學家們也不免越來越焦慮。在這種背景下，自然又會有各種各樣的猜想冒出來。

《環球科學》8 月號這期刊登了兩位物理學家的一篇文章，主要介紹對暗物質的另一種猜想。我們先來認識下本文的兩位作者。他們是一男一女，男的叫胡安·加西亞·貝利多，馬德里大學理論物理研究所教授，他還是歐空局歐幾里德計劃和 LISA 項目的成員。歐幾里德計劃是歐空局的一項暗物質探測計劃，他們計劃在 2020 年發射一顆暗物質探測衛星上天，就好像我國的悟空計劃。 LISA 項目就更牛了，他是 NASA 和歐空局合作的一項空間引力波天文臺計劃，耗資巨大，目標遠大，官方公佈的預計投入運行時間是 2034 年，還早呢，而且大型天文項目一般都要推遲，很少有準點的。

另一位女作者叫塞巴斯蒂安·克萊斯，是比利時宇宙學家，克萊斯也是歐幾里德計劃的成員，也是 SKA 平方公里陣列合作組織的成員。這個 SKA 要向各位聽眾好好宣傳一下，它是一項由中國、澳大利亞等國為首，20 個國家參與的大型射電望遠鏡陣列項目，這項計劃雄心勃勃，計劃在澳大利亞和南非建設幾千臺串在一起的射電望遠鏡，使得總接收面積達到一平方公里，靈敏度要比現有的最大陣列提升50倍，總預算已經超過了 142 億人民幣。這個項目在中國的強力帶動下，目前已經開始建設了，預計 2024 年建成。

雖然作者提出的猜想並非原創，但是本文作者的一些研究成果促成了這個猜想的形成。最早對暗物質的猜想就是暗天體，但是後來逐漸遭到冷落，科學家們都對暗粒子情有獨鍾，但是幾十年了，無數的金錢砸下去，除了得到了越來越多的以“排除”為定語的結果，我們沒有找到暗粒子，最多隻是知道了暗粒子不是這個、不是那個。在這種背景下，這兩年，一些研究者開始重新考慮暗天體假說。他們找到一個新的候選者，那就是原初黑洞，聽著名字大概就能猜到，這是在宇宙大爆炸時期形成的最早一批黑洞。

物理學家伯納德·卡爾（Bernard Carr）和斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）在 20 世紀 70 年代提出了原初黑洞的想法，但是他們提出的原初黑洞是一種比一座山的質量還小，尺度在微米甚至納米級別的黑洞，所以也叫微黑洞。

在我們這個年齡大約為 138 億年的宇宙中，這些非常小的黑洞可能已經通過霍金自己發現的霍金輻射蒸發殆盡了。所以卡爾和霍金的原初黑洞對宇宙當前暗物質的貢獻應該可以忽略。但是，根據宇宙暴脹理論，應該還有另外一種大質量的原初黑洞。1996 年，本文作者加西亞－貝利多和斯坦福大學的安德烈·林德（Andrei Linde）以及英國普茨茅斯大學的戴維·萬茲（David Wands）發現，暴脹通過某種途徑，可以在早期宇宙的密度漲落譜上形成尖峰。

也就是說，被暴脹極度放大的量子漲落，可以自然地產生特別緻密的區域，這些區域可能在暴脹後不到 1 秒的時間內塌縮形成一群黑洞。這些黑洞很可能就是暗物質，主導現在宇宙的物質成分。這個模型不是一個一個產生黑洞，而是一產生就是一群質量相同的黑洞，質量由塌縮區域內包含的能量決定。

2015 年，本文的兩位作者克萊斯和加西亞·貝利多又共同提出了一種新的圖景。這個圖景與 1996 年的類似，但原初漲落的能量密度和空間尺度都會呈現出一個較寬的分佈峰，導致原初黑洞有較寬的質量範圍。這個圖景的一個關鍵結論是，存在許多空間上非常接近的大密度坍縮區域，從而會產生一群聚集在一起的黑洞，這些黑洞大小不等——從 100 倍太陽質量到 10 000 倍太陽質量。在大爆炸後 50 萬年內，每個增長、演化的黑洞群都可能在僅僅數百光年跨度的區域內容納數百萬個原初黑洞。

原本這些都是純理論上的推測，連作者本人都不指望能很快出現具體的觀測證據。誰知，令他倆驚喜的是，僅僅過了一年，意外的一個間接證據不期而至。那，這個情理之中、意料之外的證據是什麼呢？且聽我下回分解。

最後我想再次強調

對於暗物質是否存在，這在當今的主流科學界是沒有爭議的。當然，任何前沿的科學領域都不可能是完全一致的聲音，總有一些代表少數派的科學家提出一些不同的觀點，這都很正常。但作為科普來說，首要傳播的不是非主流的觀點，而是傳播主流觀點。

科學有故事汪詰

道家從易學中發現了無極的概念，無極即是暗物質。佛家理論中的空也是暗物質，所以有無極生太極，也就是無中生有，空即是色，色即是空的理論。暗物質和我們所感知的物質可以共通，但並不是一種相同的狀態。量子力學試圖通過測量比對高能態量子的方式去發現和了解暗物質，也許是一個辦法，但截至目前，所有實驗都並沒有提供有力的證據發現暗物質。究其原因，是因為暗物質並不是以我們所處宇宙物質的狀態而存在。所以，我們用現有物質的概念去定義暗物質，都是錯誤的，所以也就不可能發現和了解暗物質。而道家和佛家的理論應該是我們採用的思路，這兩家的理論都從一個角度說明了，暗物質與物質之間並不是一種狀態。甚至狹義相對論E=MC²，也不見得適用於暗物質，或者該公式需要添加某些常數，廣義相對論也應該不適用於暗物質與時間，空間的關係描述。那麼宏觀上的不一致，也許能夠在微觀上得到統一，因此，量子力學也許是解開暗物質秘密的手段。但是，應該按照道家和佛家的思路並通過量子力學，去尋找有和無之間的關係，空和色之間的關係，而不能用普通物質的特性的觀念去研究暗物質。我個人認為暗物質很有可能是原生物質態，所謂原生物質態，也就是生成最基本粒子的原料，他並不是粒子形態，但是它是生成所有物質最基本粒子的原料。對，它有可能和玄有同種性質。它存在卻不是以粒子形態存在，所以我們無法測量感知到它的存在，但是它卻影響著我們的宇宙，影響著我們的普通物質。這也許就是暗物質的基本屬性。

般若捨得

目前認為暗物質和正常物質構成了我們所說的物質，而正常物質只佔了宇宙總質能的4.6%，暗物質23%，剩下的暗能量72%！也就是說暗物質佔了總物質的83-85%，正常物質只有15-17%，大約是正常物質的5倍。這個數字怎麼來的呢？下文會詳細說。

暗物質你也可以理解為一種概念或者理論，因為暗物質的提出本來就是為了解釋大尺度結構形成的問題。也被歸為宇宙學標準模型中的一小部分！下面我們就說下，我們怎樣發現暗物質存在呢？為什麼要提出這個補充理論？以及上面的5倍比例是怎麼來的。

通過星系發出的光我們就可以知道星系中恆星的總質量

我們先看看太陽系，我們可以把所有的岩石行星、氣態巨行星、小行星、衛星、彗星以及整個柯伊伯帶的小零碎都加起來，把它們和太陽進行比較（太陽是太陽系中唯一發光天體）。毫無疑問，太陽佔太陽系總質量的99.8%。而剩下的0.2%，木星自己一個就佔了0.1%，相當於除了自己和太陽以外所有天體質量總和！意思就是有恆星在其他物體都輕如鴻毛，不值一提！這是我們對太陽系的普查！

當然，星系中不是每顆恆星都和太陽一樣，還有許多更大更亮，佔大多數更小更暗的恆星。

然後對我們夜空中所有可見的恆星進行普查，在平均所有恆星發出的光和所有恆星的質量後，我們會發現太陽比銀河系中所有恆星的平均光度要低很多！ 所以最大、最亮、最藍的恆星主宰著星系的光度，通過這些測量，我們可以為正常恆星主宰的星系構建一個質光比。結果證明，每相差一個太陽質量，整個星系的亮度大約增加太陽的三倍。

所以當我們看宇宙中的星系時，它包含了數十萬到數百萬億顆恆星，如果我們測量整個星系發出的光度，我們就能知道有多少質量以恆星的形式存在。這只是一個天文學的基礎。

根據引力理論我們也可以算出一個星系的質量

我們還有另外一種方法測算整個星系的質量，那就是引力定律。無論你看到的是一個螺旋星系，還是成千上萬個星系組成的星系團，如果我們能測量這些星系運動的速度，根據引力和質量之間的關係，我們也能算出一個星系的總質量。

這兩種方法測量的來的質量相差甚遠

在一個簡單而理想的宇宙裡，如果我們的理論是正確的，這兩種測量方法，一個來自星光，另一個來自引力，應該會給我們一個相同的數值，不相等至少也是相近吧。

但事實的情況，你應該已經很清楚了，兩個數字相差甚遠。

無論我們測算一個大小與銀河系相當的星系，還是測算一個由數百甚至數千星系組成的巨大星系團，引力給出的結果，都遠遠超過了恆星所能解釋的質量。那麼相差了多少？一個巨大的比例：50倍。聽起來不大啊，別急看下面解釋！

如果我們把所有的看得見的和看不見的東西都加起來，這個比例呢？

我知道，你現在滿腦子的疑惑？你光算了恆星，才差了50倍，這有什麼奇怪的？有本事把看不見不發光的所有物質都加進去！

你考慮的很對，確實沒問題！除了發光的恆星，星系中應該充滿了行星和岩石，還應該有星際氣體、塵埃、等離子體、死亡的恆星、黑洞，以及幾乎任何我們能想象到的由質子、中子和電子組成的物質。

所以我們試著把所有不同的質子、中子和電子的來源加起來，然後和我們看到的總質量進行比較。結果依舊令人震驚。

我們通過對星系團進行大量的x光觀測，確定總質量中有多少是以恆星、氣體、塵埃以及其他已知物質(由質子、中子和電子組成)的形式存在的。每次的觀測都得到了非常一致結果，觀測到的數字在總質量的13-17%之間，但不會超過這個比例。

當然，這個觀測結果比只計算恆星的質量多出5到7倍。但仍然不足以解釋星系的總質量！這個結果已經很清楚的說明了，星系中有我們不知道的東西。這就是暗物質問題的來源！

再科學家往後所作了每一次不同的測量都支持這一結果：總質量的15-17%是有質子、中子和電子組成的正常物質(從此被稱為重子)。但是非重子暗物質大約佔總質量的83-85%，這樣算下來就是正常重子物質的5倍了。

對於星系團來說，這個結果不僅可以通過單個星系的旋轉速度和x光輻射得到證實，還可以通過引力透鏡效應(上圖)和引力紅移(下圖)得到證實。

物質的總量無法用單獨的重子量做出解釋。更重要的是，在星系中暗物質比恆星或氣體分佈的更加廣泛，形成了一個巨大的暗物質暈。看下圖：就舉個簡單粒子，銀河系半徑5萬光年，暗物質暈能延伸100萬光年！現在理解什麼叫巨大的暗物質暈！

如果你不放心，這裡還有暗物質的其他證據

告訴我們宇宙中物質總量的不只是星系團本身，而且星系團也不是關於重子總量信息的唯一來源。

我們可以測量和模擬宇宙的大尺度結構，我們再次發現模擬結果要與觀測結果達成一致的話，唯一方法就是往模擬結構離加5倍的暗物質！

在模擬框架內，我們可以用各種不同的量來檢驗這個數字。舉幾個例子：重子聲振盪、兩點相關函數和物質功率譜中的絲狀阻尼都指向這幅宇宙結構圖，這幅結構圖的暗物質與重子物質之比約為5:1。

當然，還有一個我們最最熟悉的。

宇宙微波背景輻射的溫度波動模式，或者宇宙大爆炸的殘餘輻射。這些微開爾文波動的規模和大小讓我們能夠僅僅根據物理定律來確定重子物質和暗物質的數量。再一次，我們發現宇宙中暗物質的總質量比重子物質的總質量為：5：1。

所以，每一項對暗物質敏感的測量都表明，它就在那裡，等著我們去發現。

量子科學論

暗物質和黑洞一樣都是推測的產物，所不同的是黑洞已經被觀測和證明存在，而暗物質還處於推測的階段。

暗物質的推測源於行星圍繞恆星的運動，科學家通過計算發現，如果只有恆星提供行星做橢圓運動的向心力，那麼行星的結局是被拋出去，所以大膽猜測存在我們看不到的物質提供萬有引力，並取名“暗物質”。科學家推測暗物質有質量能提供萬有引力，但是不可見，也不發生電磁作用，所以不可被發現和探測。

與暗物質相近的還有暗能量，哈勃通過觀測發現遙遠的星系都在遠離我們，並且距離我們越遠遠離速度越快，這和宇宙大爆炸後星系間遠離速度應該越來越慢的結論相違背，所以科學家推測存在未知的暗能量趨使星系間加速遠離。

明月千問

暗物質是人們嘴上發現了！暗物質具體從什麼人嘴裡先發現的，不得而知。暗物質實際上就是“招鬼幡”！現在全世各個“地溝”裡的傢伙們全爬出來，把自己的“鬼話”瞎編一通，搞得地球“臭氣熏天”！

暗物質最初是一些人，用萬有引力公式，建立星系動力模型時，感覺星系質量不夠，每個星系應該再增加4倍的質量，這個力學模型才夠。實際上，星系中每個星球之間都存在引力，整個星系形成一個引力聯繫，或連接的“完全網”。如果不進行簡化處理，動力學模型根本就沒法建起來，太複雜了！但是，做簡化處理很可能就出現“星系少質量”問題。另外，宇宙中各星球之間距離、星球的相對速度，這些數據非常不精確！也沒法精確！更別說星球質量的估計了。所以說，人們推測宇宙存在暗物質，基本就是胡猜而已！

就算你胡猜有暗物質，起馬你在邏輯上要說的過去吧。你一定要“編”好物質間的信息流吧！動不動就是什麼博士、教授、還諾貝爾什麼的，狗屁！編謊言邏輯上漏洞百出！

這些騙子說，暗物質只有質量及其引力效應，即可增加時空的“粘稠度”，讓星球可聚集成星系；但沒有電磁相互作用，不放出光子等玻色子。這實際上，絕了暗物質被探測到的路子。這成了沒邏輯的“單邊信息”流。暗物質通過所謂的引力效應，“顯示”其存在，但它不發射光子，人們沒法探測到。前一段時間，中國一團隊通過“悟空”衛星測到了一個宇宙射線異常的尖峰，然後，就宣佈說發現暗物質了。這宇什麼線異常？那是電磁相互作用，與你那暗物質有關嗎？有關，則說明暗物質有電磁相互作用；有電磁相互作用，咋能是新型物質呢？與正常物質有屁的區別！純粹是“癩蛤蟆放鞭炮---響臭屁”！

所以說，你這什麼暗物質就是“悖論玩意”，根本就沒法探測！只要有誰說，他測到什麼暗物質，人們就會問你測到了暗物質與我們明物質(測量系統)相互作用什麼信息呀？拿出來看看吧？我測到了宇宙射線尖峰，測到了中微子流，測到了與鍺原子相互作用的中微子流；這不還是電磁和弱相互作用嗎，弱電還是統一的，你還是繞不過有電磁相互作用，你那中微子流信息，對不起，還得轉化為電磁或光子信使。其實，如果暗物質存在強、弱相互作用，那一定存在電磁相互作用！你這暗物質，還是普通物質，沒法暗！

如果你非要狡辯說存在什麼暗物質，沒有電磁相互作用的暗物質，這暗物質只能是沒法與我們正常物質聯繫、沒法相互轉化的孤立存在，而且非常像鬼的存在，只能“聲稱”其存在，永遠別想探測到！

所以說，暗物質怎麼可能發現呢！

譚宏21

暗物質到現在為止還只是一種理論上可能存在的物質。

它主要是指理論上提出的可能存在於宇宙中的一種不可見的物質，它可能是宇宙物質的主要組成部分，但又不屬於構成可見天體的任何一種目前已知的物質。

1922年，天文學家卡普坦提出可以通過星體系統的運動間接推斷出星體周圍可能存在的不可見物質。經過幾十年科學家的不斷摸索，截止到1980年代，出現了一大批支持暗物質存在的新觀測數據，包括觀測背景星系團時的引力透鏡效應，星系和星團中熾熱氣體的溫度分佈，以及宇宙微波背景輻射的各向異性等。暗物質存在這一理論已逐漸被天文學和宇宙學界廣泛認可，比如有些星系外圍的區域中星體的旋轉運動速度遠比通過開普勒定律預期的要大，對應於較大的質光比。那麼肯定是有物質在參與作用，科學家就認定它為暗物質。

根據已有的觀測數據綜合分析，暗物質的主要成分不應該是目前已知的任何微觀基本粒子。

到目前為止，暗物質還沒有被直接探測到，當今的粒子物理學正在通過各種手段努力探索暗物質粒子屬性。

暗物質主要具備這樣的一些特徵：

1、暗物質不參與電磁相互作用以及強相互作用，參與弱相互作用與引力相互作用，這導致暗物質質量大小無法確定，也不發光，而且很難觀測到。

2、若把星系看成宇宙物質的基本單元，那麼星系的分佈狀況就是宇宙結構的表現。暗物質的運動速度應該是遠低於光速，否則我們的宇宙無法在引力作用下形成目前觀測到的大尺度結構，因為高於光速的話，那麼宇宙是不會存在光的。

3、從宇宙誕生，暗物質就已經存在。

目前高能物理學家採用的探測手段可以分為三類：一是探測暗物質粒子直接與探測器中的物質發生相互作用，稱為“直接探測”；二是尋找宇宙中暗物質自身衰變或湮滅產生普通物質的信號，稱為“間接探測”，三是探尋粒子對撞機中人為產生的暗物質粒子，稱為“加速器探測”。

一旦真正發現了暗物質，那麼毫無疑問諾獎在手。

關鍵字: 宇宙 暗物質 科學家