宇宙观察记录

暗物质到目前为止并没有发现，而是科学家为解释特定的现象而推测出来的物质。由于这种物质我们没有发现，一直存在于理论中，所以科学家称之为暗物质。当然，我们可以借鉴之前的经验来理解它。

暗物质存在的证据

暗物质最早存在的依据是来源于星系团的速度弥补，星系的旋转速度曲线，再到后来观测到的引力透镜。科学家们发现，这些现象仅仅用普通的物质观无法解释，通俗的说就是普通的物质无法提供这么大的引力来维持星系或者恒星的速度。举个例子，太阳系所有行星都绕着太阳跑，距离太阳越远，公转速度越慢。根据牛顿的引力理论，旋转星系也应该遵循这一规律旋转才对——但是观测结果却大大出乎意料，处在远离星系中心的恒星，公转速度要比开普勒定律的理论值大很多，恒星速度越大，需要拉住它的引力就越大。

神秘的暗物质再宇宙中如何分布的

首先，暗物质跟普通的物质一样，并不是无处不在的，它们分布在宇宙中特定的位置，目前还没有找到暗物质的分布规律，但是通过目前的观测资料显示，暗物质既存在于星系团周围，也存在于看起来什么都没有的空间中。

人类生存的银河系周围确定分布着暗物质，因为通过观测得到银河系周围的恒星，不管距离远近，都以大概一直的速度在公转。但是银河系中心提供的引力是由近及远的，也就是说离银河系较远的恒星是由暗物质的引力提供了部分维持速度的引力。

暗物质为什么难以被发现？

目前为止，能够确定的是，暗物质占整个宇宙物质成分的26.8%，普通物质占4.9%，另外就是暗能量为68.3%。暗物质的引力效应跟普通物质之间的引力一样，使得它们聚集成团，彼此向内拉拽。除了暗物质看不见摸不着之外，暗物质难以被发现主要还有下面几个原因，第一，暗物质除了提供引力，不参与宇宙中其他的作用力。第二，因为暗物质的物质是电中性的粒子所以也不往外发射电磁波。第三，暗物质的运动速度也远远低于光速。

科学认识论

如果我们现在已经完全搞清楚了暗物质是什么，那暗物质可能就不叫做暗物质了，而是有了具体的名字。之所以它会被叫做暗物质，就是因为我们还没有完全搞清楚它到底是什么东西。那人类是如何发现暗物质的呢？暗物质又有什么特点呢？我们接下来分两份来仔细讲一讲。

恒星的运动速度

早在1930年代就有科学家在观测星系周围恒星时，发现这些恒星跑得特别快。当然，我们也知道速度是相对的，这个“快”究竟是快的呢？

简单来说，就是按照理论计算，我们可以得到一个恒星相对于星系质心的运动速度，可实际上一观测就发现，这个速度不符合理论，要快出很多。其实科学家最喜欢看到这种情况了，因此有异常就意味着有机会搞出新理论。不过，当时发现这个现象的两位都是大神，手头上都有更重要的研究要搞，就放弃了这个研究。

这个问题同样发生在银河系，就拿太阳来说，理论计算值得到的是太阳速度是160km/s，而实际上测到的速度却是220km/s。

但是我们要知道，科学家的计算方式是通过牛顿理论。牛顿理论已经被证明是极其精准的理论，经受住了很多考验，大概率上是不会出问题的，但也不是观测错了。因此，有可能是存在着什么因素我们没有考虑进去。

科学家通过计算发现，如果要让恒星这样高速运动，还需要额外5倍左右的引力。所以，科学家就解释了存在一种东西叫做：

但是，你可能要说了，感觉就是凭空想象出来的一个东西，它真的存在么?

实际上，科学家不仅仅是想象，还真的就去仔细观测了。无论是间接观测还是直接观测在近些年来已经有很多了。包括我们国家的悟空探测器也是专门用观测暗物质的。在未来，各国也都在计划增加暗物质观测的相关项目，这是目前非常前沿的科学研究。（下图中就是通过引力透镜效应观测到的暗物质的踪迹，图中用蓝色标出的就是暗物质。）

基于目前的观测结果来看，我们基本上可以确定暗物质是存在的。但是还没有办法确定暗物质的具体性质。

暗物质的特点

之所以很难确定暗物质的具体性质，主要原因就是暗物质太奇葩了。在自然界中，存在着四种作用力，分别是引力，强相互作用，弱相互作用和电磁相互作用。

其中强相互作用的强度是最强的，电磁相互作用其次。然后是弱相互作用第三，引力最弱。我们在观测天体时，通常使用的是电磁相互作用。说白了，就是天体发出的光子来到地球，被我们捕获到，而光子就是参与到电磁相互作用当中的。

而暗物质是不参与强相互作用和电磁相互作用的，因此，我们根本无法通过常规手段观测到它。它可能只参与弱相互作用和引力。而弱相互作用和引力是很弱很弱的，其次弱相互作用的发生概率极其低。所以，我们才会很难感知到的暗物质的存在。

按照目前的主流理论，也即是冷暗物质模型。科学家认为暗物质是均匀分布在整个宇宙空间的，包围者我们的星系。其中“冷”说的其实是暗物质只是极其缓慢的移动。也就是说，由于暗物质这样的特性，即使它现在正在穿过你的身体，你也压根感觉不到。

以上这些，就是目前对于暗物质的一些看法，但是如果你非要问暗物质到底是什么，其实科学家是没办法回答你的。而且它大概率是由我们未知的物质粒子构成的，也就是说，构成它的粒子并不在目前的粒子物理学标准模型当中。

这也是为什么，现在各国都在想尽各种办法去研究暗物质的原因。因为对于暗物质的了解很有可能会引发物理学理论的革命。而每一次物理学理论的革命都会带来巨大的科学技术的革命。

钟铭聊科学

其实从“暗物质”三个字就能看出来，目前人类对暗物质的了解几乎为零，所以才会用“暗”字，说白了，就是我们不知道是什么物质，索性起名为暗物质。除了暗物质，对暗能量的定义同样如此！

那么，暗物质是如何发现的呢？

简单说一下。天文学家们在观察星系边缘的恒星运动时，发现恒星的运动有些反常！一般情况下，越是远离星系中心的天体运动速度越慢，天文学家可以根据相关参数计算出天体的运动速度！

不过实际观察到的速度远远超过计算出来的天体运动速度，这意味着这些天体早就应该飞离星系被甩出去了，但事实上并没有，它们仍旧稳定地运行在星系边缘！

这说明一定有额外的引力在起作用，这些引力拉拽着天体让它们更快速地运动，但天文学家们并不知道到底是什么物质产生的额外引力，干脆就命名为“暗物质”！

天文学家还计算出，暗物质比我们所见到的普通物质多得多，是普通物质数量的5倍左右，也就是说，暗物质才是宇宙的“主人”！不过由于暗物质只能以引力的方式与我们互动，我们很难对暗物质有更多更详细的研究！

宇宙探索

暗物质的发现：

1933年，加州理工大学的瑞士天文学家茨威基在研究星系团时发现了奇怪的现象：星系相对于星系团中心的运动速度似乎太快了。星系团是星系的集合体，可以包含数百个明亮的星系，这些星系由共同的引力场束缚。茨威基的同事史密斯用当时世界上最好的望远镜收集了星系团中成员星系的速度。利用引力理论，天文学家可以通过星系的运动速度推断星系团的总质量，星系的运动速度越快，说明束缚它们的引力场越强大，也就意味着星系团的总质量越大。周所周知，物体做圆周运动需要圆心提供向心力，天体围绕另外一个天体运动，是由万有引力提供的向心力。引力越大，转速就越大。根据万有引力公式不难看出，星系团中，距离中心的星系所受引力越大，应该转速速度更快，才不致于被黑洞吞噬。而远离星系团中心的星系所受引力小，转速就该更慢。

如像太阳系，水星公转周期为88天，金星为224天，地球为365天，依次到木星4332天等等。公转周期越短，不考虑转动半径以及引力大小，说明太阳系转动符合万有引力规律。而茨威基通过星系速度推断出星系团质量显得太大了些，要比星系的质量多出几百倍。茨威基很快将星系团中隐藏的质量命名为“暗物质”。由以上观测，必须补充暗物质这样的概念，才能很好解释观测现象。

暗能量的发现：

由哈勃发现了星系团红移，是由光的多普勒效应和时空膨胀效应一起产生的。远离我们的恒星发出的光的光谱会向红色的一端移动，这个现象是由哈勃证实的。1929年，E.P.哈勃发现河外星系视向退行速度v与距离d成正比，即v=Hd。换言之，就是星系团在加速远离我们。科学家把这一现象补充为暗能量。

总结：星系团内支撑星系运动是引力和暗物质；更大尺度的星系团之间支撑的运动是暗能量。

暗物质不与物质发生任何碰撞和反应，基本是穿越而过，所有目前还没有被发现。只是为了满足上述两个观察到的天体物理现象的补充。根据计算，暗物质是宇宙物质的5～6倍，如此一算，每升空间应该有5×10的22次方克。

暗物质行为非常像幽灵般的中微子，粒子间的各种弱相互作用都会产生中微子，如核反应堆发电(核裂变)、太阳发光(核聚变)、天然放射性(β衰变)、超新星爆发、宇宙射线等等。所以宇宙中充斥着大量的中微子，大部分为宇宙大爆炸的残留。通过中微子振荡现象间接证实了中微子是有质量的。宇宙中物质与暗物质的不对称很有可能是由中微子造成。

活的自在点

先说结论：现在，主流科学界认为暗物质为弱相互作用大质量粒子，但最新的研究成果指出，暗物质可能为原初黑洞；暗物质最早由美国天文学家兹威基研究后发作星系团的“光度学质量”与“动力学质量”时被首次正式提及。

当今物理学、天文学、宇宙学都有一个共同的谜题，这也被誉为现代科学中的最大谜题，它就是宇宙中的双暗谜题。也就是暗物质和暗能量到底是什么之谜。

首先，我们要先来说明一下什么是暗物质？

如果你是第一次听到这个话题的话，现在肯定有点晕了，我前一句话还是现代科学的最大谜题是：暗物质是什么？后一句话就是来告诉你什么是暗物质？听上去很奇怪啊。呵呵，是有点绕，但不奇怪。什么是暗物质就是告诉你暗物质这个名称的来历，让你知道科学家们正在研究的这个神秘物质的来龙去脉。

话说 1933 年，在美国加州理工学院有一位叫做兹威基（Zwicky，1898年 – 1974年）的年轻天文学家，正在着迷地研究后发座星系团。这是一个位于狮子座附近，由差不多 1000 多个大星系和几万个小星系组成的巨大的星系团。兹威基试图测算出这个星系团中星系的平均质量，他有两种方法可以测算，

• 一种称之为“动力学质量”，要用到一个叫维里定理的公式。需要先测出星系团中星系之间的相对运动速度，然后套几个公式，最后就能估算出该星系团中星系的平均质量了。
• 还有一种方法称为“光度学质量”，这个比较好理解，就是先测量星系的亮度，然后就可以估算大约需要多少物质，才能发出这样的亮度来。

按理说，用这两种方法测算出来的星系平均质量应该是差不多在同一个数量级上，但兹威基计算的结果是“动力学质量”居然比“光度学质量”整整大了 160 多倍。虽然我们今天知道，兹威基低估了后发座星系团离我们的距离，从而低估了星系的光度学质量，但是即便是按照今天的数据，两种质量的比值依然大得离谱。

兹威基看到自己的计算结果后，那是捏呆呆地出神啊：难道牛顿定理在后发座星系团失效了？

但他很快就想到，也许还有一个更合理的解释：会不会是在后发座星系团中存在着大量不发光的物质呢？

这个解释听上去合理多了，而且后发座星系团距离地球足足有 3.5 亿光年之遥，有一些物质不发光，或者发光很微弱，在地球上根本观测不到，这也是很好理解的。于是，兹威基就在论文中猜测，在后发座星系团中包含大量暗物质，也就是不发光或者相对很暗的物质，而且这种物质占到了该星系团中物质总量的 99%。

这是暗物质这个词第一次出现在学术论文中。但兹威基并没有觉得这个猜测有多么了不起，或者根本就没有意识到，他无意中触碰到了一个宇宙的惊世之谜。只过了一年，兹威基的注意力就完全被宇宙中的另外一种迷人天体“超新星”吸引过去了。这一搁置，就是 50 多年没人理会，兹威基也在 1974 年去世，他没有等到自己提出的暗物质惊动全世界的那一天。

然后就是到了上世纪六十年代，美国有一位女天文学家叫鲁宾（Rubin，1928年 - ）。她在研究银河系的转动时，和兹威基一样，她产生了一个巨大的困惑。什么呢？

银河系外侧的恒星绕银河系中心转动的速度，比用理论推算出的数值大了太多。

这一发现让鲁宾大惑不解，也激发了她深入研究的兴趣，这一研究就持续了十几年。她取得了大量详实的观测数据，又做了仔细的计算，她发现，如果要维持银河系目前的转动速度，又不让银河系分崩离析，银河系的总质量必须远远高于目前已经观测到的所有可见天体的质量。

打个比方来说，如果我们用沙子捏一个陀螺，把这个陀螺旋转起来，那么转速一快，沙陀螺肯定会被转散架，因为沙子与沙子之间的结合力不足以维持向心力。要让沙陀螺不散架，就得拿胶水和在沙子里面。如果把银河系想象成一个沙陀螺，那么万有引力就是胶水，这个胶水的强度决定了陀螺的转速最高能到多少。

现在，我们已经观测到了银河系的转速，那么就能反算出总的引力大小，进而算出银河系的总质量。鲁宾确定无疑地发现，银河系的大部分质量“丢失”了。于是，1980 年，她和同事发表了一篇论文，详细描述了他们的发现。这是天文学史上第一篇有关暗物质的重量级论文，影响很大。

不过鲁宾的发现只能算作暗物质存在的间接证据，真正的第一份直接证据出现在 2006 年。那一年，以道格拉斯•克洛为首的一队美国天文学家，利用钱德拉 X 射线望远镜对一个编号为1E 0657-56 的星系团进行观测时，无意间观测到星系碰撞的过程。

星系团碰撞威力之猛，使得暗物质与正常物质分开，因此发现了暗物质存在的直接证据。

到了这个时候，暗物质在科学界已经是一个非常热门的研究课题了，起初的时候，人们还是挺乐观的，觉得很快就能把暗物质给搞清楚。不就是一些不发光的天体嘛，宇宙中有的是不发光的天体，比如像地球这样的行星就是不发光的，还有褐矮星，这些都是质量相对普通恒星较小，亮度相对很暗的恒星，因为距离遥远，我们在地球上观测不到嘛。

当然，还有黑洞，那就更不发光了，否则就不叫黑洞了。这些不发光或者发出很暗淡光晕的天体在天文学上有一个统称，就是大质量致密晕天体。英文缩写是 MACHO，为了我叙述的方便，我后面把它简称为暗天体。

在最初的几十年，天文学家们把目标锁定在了这种暗天体上，要知道，根据计算，暗天体是普通天体的五倍多，也就是说我们银河系中应该充斥着这种暗天体。但是由于这些天体太暗，无法用光学或者射电望远镜看到，所以，探测他们的主要方法就利用微引力透镜效应。因为有质量的天体产生的万有引力会使得经过的光线发生偏折，这就跟透镜可以偏折光线一样，所以称为微引力透镜效应。这种效应的一个直接后果就是当暗天体在背景恒星前经过时，会让恒星的星光暂时增强，于是这颗恒星会看上去显得更明亮一些。

于是，根据这个原理，天文学家们就开始对大小麦哲伦星云中的数百万颗恒星进行了长达数年的仔细观测。为啥是大小麦哲伦星云呢？因为这两片星云是离银河系最近的两个河外星系，也称为银河系的卫星星系，用肉眼就能看到。这两片星云确定是在银河系之外的星系，所以，当它们中的恒星发出的星光到达地球上，必然要差不多穿过银河系，那么银河系中的暗天体就会因为微引力透镜效应使得大小麦哲伦星云中恒星的亮度产生可观测的变化。

但是，数年的观测结果显示，银河系中根本没有那么多的暗天体。这些观测结果足以排除 10 倍太阳质量以上的暗天体是暗物质的主要成份的可能性。换句话说，天文学家们对暗物质的第一次搜寻以失败而告终。

这个问题不光是引起了天文学家的兴趣，也引起了粒子物理学家们的极大兴趣。他们用他们自己的职业嗅觉就提出了暗物质的另外一种猜想，起的名字也很不明觉厉，叫做弱相互作用大质量粒子，简称为 WIMP。

简而言之，他们猜想暗物质是充满在宇宙中的一种微观粒子，这种粒子质量很大，但是却不与电磁波发生相互作用，不管是在可见光波段还是在非可见光波段，所以我们看不到。为了叙述的方便，我后面就把它们叫做暗粒子。到目前为止，尽管科学家们使用粒子加速器、地下探测器和空间望远镜搜索了几十年，但仍然没有找到它们存在的证据。随着暗粒子搜寻的零结果越来越多，粒子物理学家们也不免越来越焦虑。在这种背景下，自然又会有各种各样的猜想冒出来。

《环球科学》8 月号这期刊登了两位物理学家的一篇文章，主要介绍对暗物质的另一种猜想。我们先来认识下本文的两位作者。他们是一男一女，男的叫胡安·加西亚·贝利多，马德里大学理论物理研究所教授，他还是欧空局欧几里德计划和 LISA 项目的成员。欧几里德计划是欧空局的一项暗物质探测计划，他们计划在 2020 年发射一颗暗物质探测卫星上天，就好像我国的悟空计划。 LISA 项目就更牛了，他是 NASA 和欧空局合作的一项空间引力波天文台计划，耗资巨大，目标远大，官方公布的预计投入运行时间是 2034 年，还早呢，而且大型天文项目一般都要推迟，很少有准点的。

另一位女作者叫塞巴斯蒂安·克莱斯，是比利时宇宙学家，克莱斯也是欧几里德计划的成员，也是 SKA 平方公里阵列合作组织的成员。这个 SKA 要向各位听众好好宣传一下，它是一项由中国、澳大利亚等国为首，20 个国家参与的大型射电望远镜阵列项目，这项计划雄心勃勃，计划在澳大利亚和南非建设几千台串在一起的射电望远镜，使得总接收面积达到一平方公里，灵敏度要比现有的最大阵列提升50倍，总预算已经超过了 142 亿人民币。这个项目在中国的强力带动下，目前已经开始建设了，预计 2024 年建成。

虽然作者提出的猜想并非原创，但是本文作者的一些研究成果促成了这个猜想的形成。最早对暗物质的猜想就是暗天体，但是后来逐渐遭到冷落，科学家们都对暗粒子情有独钟，但是几十年了，无数的金钱砸下去，除了得到了越来越多的以“排除”为定语的结果，我们没有找到暗粒子，最多只是知道了暗粒子不是这个、不是那个。在这种背景下，这两年，一些研究者开始重新考虑暗天体假说。他们找到一个新的候选者，那就是原初黑洞，听着名字大概就能猜到，这是在宇宙大爆炸时期形成的最早一批黑洞。

物理学家伯纳德·卡尔（Bernard Carr）和斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）在 20 世纪 70 年代提出了原初黑洞的想法，但是他们提出的原初黑洞是一种比一座山的质量还小，尺度在微米甚至纳米级别的黑洞，所以也叫微黑洞。

在我们这个年龄大约为 138 亿年的宇宙中，这些非常小的黑洞可能已经通过霍金自己发现的霍金辐射蒸发殆尽了。所以卡尔和霍金的原初黑洞对宇宙当前暗物质的贡献应该可以忽略。但是，根据宇宙暴胀理论，应该还有另外一种大质量的原初黑洞。1996 年，本文作者加西亚－贝利多和斯坦福大学的安德烈·林德（Andrei Linde）以及英国普茨茅斯大学的戴维·万兹（David Wands）发现，暴胀通过某种途径，可以在早期宇宙的密度涨落谱上形成尖峰。

也就是说，被暴胀极度放大的量子涨落，可以自然地产生特别致密的区域，这些区域可能在暴胀后不到 1 秒的时间内塌缩形成一群黑洞。这些黑洞很可能就是暗物质，主导现在宇宙的物质成分。这个模型不是一个一个产生黑洞，而是一产生就是一群质量相同的黑洞，质量由塌缩区域内包含的能量决定。

2015 年，本文的两位作者克莱斯和加西亚·贝利多又共同提出了一种新的图景。这个图景与 1996 年的类似，但原初涨落的能量密度和空间尺度都会呈现出一个较宽的分布峰，导致原初黑洞有较宽的质量范围。这个图景的一个关键结论是，存在许多空间上非常接近的大密度坍缩区域，从而会产生一群聚集在一起的黑洞，这些黑洞大小不等——从 100 倍太阳质量到 10 000 倍太阳质量。在大爆炸后 50 万年内，每个增长、演化的黑洞群都可能在仅仅数百光年跨度的区域内容纳数百万个原初黑洞。

原本这些都是纯理论上的推测，连作者本人都不指望能很快出现具体的观测证据。谁知，令他俩惊喜的是，仅仅过了一年，意外的一个间接证据不期而至。那，这个情理之中、意料之外的证据是什么呢？且听我下回分解。

最后我想再次强调

对于暗物质是否存在，这在当今的主流科学界是没有争议的。当然，任何前沿的科学领域都不可能是完全一致的声音，总有一些代表少数派的科学家提出一些不同的观点，这都很正常。但作为科普来说，首要传播的不是非主流的观点，而是传播主流观点。

科学有故事汪诘

道家从易学中发现了无极的概念，无极即是暗物质。佛家理论中的空也是暗物质，所以有无极生太极，也就是无中生有，空即是色，色即是空的理论。暗物质和我们所感知的物质可以共通，但并不是一种相同的状态。量子力学试图通过测量比对高能态量子的方式去发现和了解暗物质，也许是一个办法，但截至目前，所有实验都并没有提供有力的证据发现暗物质。究其原因，是因为暗物质并不是以我们所处宇宙物质的状态而存在。所以，我们用现有物质的概念去定义暗物质，都是错误的，所以也就不可能发现和了解暗物质。而道家和佛家的理论应该是我们采用的思路，这两家的理论都从一个角度说明了，暗物质与物质之间并不是一种状态。甚至狭义相对论E=MC²，也不见得适用于暗物质，或者该公式需要添加某些常数，广义相对论也应该不适用于暗物质与时间，空间的关系描述。那么宏观上的不一致，也许能够在微观上得到统一，因此，量子力学也许是解开暗物质秘密的手段。但是，应该按照道家和佛家的思路并通过量子力学，去寻找有和无之间的关系，空和色之间的关系，而不能用普通物质的特性的观念去研究暗物质。我个人认为暗物质很有可能是原生物质态，所谓原生物质态，也就是生成最基本粒子的原料，他并不是粒子形态，但是它是生成所有物质最基本粒子的原料。对，它有可能和玄有同种性质。它存在却不是以粒子形态存在，所以我们无法测量感知到它的存在，但是它却影响着我们的宇宙，影响着我们的普通物质。这也许就是暗物质的基本属性。

般若舍得

目前认为暗物质和正常物质构成了我们所说的物质，而正常物质只占了宇宙总质能的4.6%，暗物质23%，剩下的暗能量72%！也就是说暗物质占了总物质的83-85%，正常物质只有15-17%，大约是正常物质的5倍。这个数字怎么来的呢？下文会详细说。

暗物质你也可以理解为一种概念或者理论，因为暗物质的提出本来就是为了解释大尺度结构形成的问题。也被归为宇宙学标准模型中的一小部分！下面我们就说下，我们怎样发现暗物质存在呢？为什么要提出这个补充理论？以及上面的5倍比例是怎么来的。

通过星系发出的光我们就可以知道星系中恒星的总质量

我们先看看太阳系，我们可以把所有的岩石行星、气态巨行星、小行星、卫星、彗星以及整个柯伊伯带的小零碎都加起来，把它们和太阳进行比较（太阳是太阳系中唯一发光天体）。毫无疑问，太阳占太阳系总质量的99.8%。而剩下的0.2%，木星自己一个就占了0.1%，相当于除了自己和太阳以外所有天体质量总和！意思就是有恒星在其他物体都轻如鸿毛，不值一提！这是我们对太阳系的普查！

当然，星系中不是每颗恒星都和太阳一样，还有许多更大更亮，占大多数更小更暗的恒星。

然后对我们夜空中所有可见的恒星进行普查，在平均所有恒星发出的光和所有恒星的质量后，我们会发现太阳比银河系中所有恒星的平均光度要低很多！ 所以最大、最亮、最蓝的恒星主宰着星系的光度，通过这些测量，我们可以为正常恒星主宰的星系构建一个质光比。结果证明，每相差一个太阳质量，整个星系的亮度大约增加太阳的三倍。

所以当我们看宇宙中的星系时，它包含了数十万到数百万亿颗恒星，如果我们测量整个星系发出的光度，我们就能知道有多少质量以恒星的形式存在。这只是一个天文学的基础。

根据引力理论我们也可以算出一个星系的质量

我们还有另外一种方法测算整个星系的质量，那就是引力定律。无论你看到的是一个螺旋星系，还是成千上万个星系组成的星系团，如果我们能测量这些星系运动的速度，根据引力和质量之间的关系，我们也能算出一个星系的总质量。

这两种方法测量的来的质量相差甚远

在一个简单而理想的宇宙里，如果我们的理论是正确的，这两种测量方法，一个来自星光，另一个来自引力，应该会给我们一个相同的数值，不相等至少也是相近吧。

但事实的情况，你应该已经很清楚了，两个数字相差甚远。

无论我们测算一个大小与银河系相当的星系，还是测算一个由数百甚至数千星系组成的巨大星系团，引力给出的结果，都远远超过了恒星所能解释的质量。那么相差了多少？一个巨大的比例：50倍。听起来不大啊，别急看下面解释！

如果我们把所有的看得见的和看不见的东西都加起来，这个比例呢？

我知道，你现在满脑子的疑惑？你光算了恒星，才差了50倍，这有什么奇怪的？有本事把看不见不发光的所有物质都加进去！

你考虑的很对，确实没问题！除了发光的恒星，星系中应该充满了行星和岩石，还应该有星际气体、尘埃、等离子体、死亡的恒星、黑洞，以及几乎任何我们能想象到的由质子、中子和电子组成的物质。

所以我们试着把所有不同的质子、中子和电子的来源加起来，然后和我们看到的总质量进行比较。结果依旧令人震惊。

我们通过对星系团进行大量的x光观测，确定总质量中有多少是以恒星、气体、尘埃以及其他已知物质(由质子、中子和电子组成)的形式存在的。每次的观测都得到了非常一致结果，观测到的数字在总质量的13-17%之间，但不会超过这个比例。

当然，这个观测结果比只计算恒星的质量多出5到7倍。但仍然不足以解释星系的总质量！这个结果已经很清楚的说明了，星系中有我们不知道的东西。这就是暗物质问题的来源！

再科学家往后所作了每一次不同的测量都支持这一结果：总质量的15-17%是有质子、中子和电子组成的正常物质(从此被称为重子)。但是非重子暗物质大约占总质量的83-85%，这样算下来就是正常重子物质的5倍了。

对于星系团来说，这个结果不仅可以通过单个星系的旋转速度和x光辐射得到证实，还可以通过引力透镜效应(上图)和引力红移(下图)得到证实。

物质的总量无法用单独的重子量做出解释。更重要的是，在星系中暗物质比恒星或气体分布的更加广泛，形成了一个巨大的暗物质晕。看下图：就举个简单粒子，银河系半径5万光年，暗物质晕能延伸100万光年！现在理解什么叫巨大的暗物质晕！

如果你不放心，这里还有暗物质的其他证据

告诉我们宇宙中物质总量的不只是星系团本身，而且星系团也不是关于重子总量信息的唯一来源。

我们可以测量和模拟宇宙的大尺度结构，我们再次发现模拟结果要与观测结果达成一致的话，唯一方法就是往模拟结构离加5倍的暗物质！

在模拟框架内，我们可以用各种不同的量来检验这个数字。举几个例子：重子声振荡、两点相关函数和物质功率谱中的丝状阻尼都指向这幅宇宙结构图，这幅结构图的暗物质与重子物质之比约为5:1。

当然，还有一个我们最最熟悉的。

宇宙微波背景辐射的温度波动模式，或者宇宙大爆炸的残余辐射。这些微开尔文波动的规模和大小让我们能够仅仅根据物理定律来确定重子物质和暗物质的数量。再一次，我们发现宇宙中暗物质的总质量比重子物质的总质量为：5：1。

所以，每一项对暗物质敏感的测量都表明，它就在那里，等着我们去发现。

量子科学论

暗物质和黑洞一样都是推测的产物，所不同的是黑洞已经被观测和证明存在，而暗物质还处于推测的阶段。

暗物质的推测源于行星围绕恒星的运动，科学家通过计算发现，如果只有恒星提供行星做椭圆运动的向心力，那么行星的结局是被抛出去，所以大胆猜测存在我们看不到的物质提供万有引力，并取名“暗物质”。科学家推测暗物质有质量能提供万有引力，但是不可见，也不发生电磁作用，所以不可被发现和探测。

与暗物质相近的还有暗能量，哈勃通过观测发现遥远的星系都在远离我们，并且距离我们越远远离速度越快，这和宇宙大爆炸后星系间远离速度应该越来越慢的结论相违背，所以科学家推测存在未知的暗能量趋使星系间加速远离。

明月千问

暗物质是人们嘴上发现了！暗物质具体从什么人嘴里先发现的，不得而知。暗物质实际上就是“招鬼幡”！现在全世各个“地沟”里的家伙们全爬出来，把自己的“鬼话”瞎编一通，搞得地球“臭气熏天”！

暗物质最初是一些人，用万有引力公式，建立星系动力模型时，感觉星系质量不够，每个星系应该再增加4倍的质量，这个力学模型才够。实际上，星系中每个星球之间都存在引力，整个星系形成一个引力联系，或连接的“完全网”。如果不进行简化处理，动力学模型根本就没法建起来，太复杂了！但是，做简化处理很可能就出现“星系少质量”问题。另外，宇宙中各星球之间距离、星球的相对速度，这些数据非常不精确！也没法精确！更别说星球质量的估计了。所以说，人们推测宇宙存在暗物质，基本就是胡猜而已！

就算你胡猜有暗物质，起马你在逻辑上要说的过去吧。你一定要“编”好物质间的信息流吧！动不动就是什么博士、教授、还诺贝尔什么的，狗屁！编谎言逻辑上漏洞百出！

这些骗子说，暗物质只有质量及其引力效应，即可增加时空的“粘稠度”，让星球可聚集成星系；但没有电磁相互作用，不放出光子等玻色子。这实际上，绝了暗物质被探测到的路子。这成了没逻辑的“单边信息”流。暗物质通过所谓的引力效应，“显示”其存在，但它不发射光子，人们没法探测到。前一段时间，中国一团队通过“悟空”卫星测到了一个宇宙射线异常的尖峰，然后，就宣布说发现暗物质了。这宇什么线异常？那是电磁相互作用，与你那暗物质有关吗？有关，则说明暗物质有电磁相互作用；有电磁相互作用，咋能是新型物质呢？与正常物质有屁的区别！纯粹是“癞蛤蟆放鞭炮---响臭屁”！

所以说，你这什么暗物质就是“悖论玩意”，根本就没法探测！只要有谁说，他测到什么暗物质，人们就会问你测到了暗物质与我们明物质(测量系统)相互作用什么信息呀？拿出来看看吧？我测到了宇宙射线尖峰，测到了中微子流，测到了与锗原子相互作用的中微子流；这不还是电磁和弱相互作用吗，弱电还是统一的，你还是绕不过有电磁相互作用，你那中微子流信息，对不起，还得转化为电磁或光子信使。其实，如果暗物质存在强、弱相互作用，那一定存在电磁相互作用！你这暗物质，还是普通物质，没法暗！

如果你非要狡辩说存在什么暗物质，没有电磁相互作用的暗物质，这暗物质只能是没法与我们正常物质联系、没法相互转化的孤立存在，而且非常像鬼的存在，只能“声称”其存在，永远别想探测到！

所以说，暗物质怎么可能发现呢！

谭宏21

暗物质到现在为止还只是一种理论上可能存在的物质。

它主要是指理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质，它可能是宇宙物质的主要组成部分，但又不属于构成可见天体的任何一种目前已知的物质。

1922年，天文学家卡普坦提出可以通过星体系统的运动间接推断出星体周围可能存在的不可见物质。经过几十年科学家的不断摸索，截止到1980年代，出现了一大批支持暗物质存在的新观测数据，包括观测背景星系团时的引力透镜效应，星系和星团中炽热气体的温度分布，以及宇宙微波背景辐射的各向异性等。暗物质存在这一理论已逐渐被天文学和宇宙学界广泛认可，比如有些星系外围的区域中星体的旋转运动速度远比通过开普勒定律预期的要大，对应于较大的质光比。那么肯定是有物质在参与作用，科学家就认定它为暗物质。

根据已有的观测数据综合分析，暗物质的主要成分不应该是目前已知的任何微观基本粒子。

到目前为止，暗物质还没有被直接探测到，当今的粒子物理学正在通过各种手段努力探索暗物质粒子属性。

暗物质主要具备这样的一些特征：

1、暗物质不参与电磁相互作用以及强相互作用，参与弱相互作用与引力相互作用，这导致暗物质质量大小无法确定，也不发光，而且很难观测到。

2、若把星系看成宇宙物质的基本单元，那么星系的分布状况就是宇宙结构的表现。暗物质的运动速度应该是远低于光速，否则我们的宇宙无法在引力作用下形成目前观测到的大尺度结构，因为高于光速的话，那么宇宙是不会存在光的。

3、从宇宙诞生，暗物质就已经存在。

目前高能物理学家采用的探测手段可以分为三类：一是探测暗物质粒子直接与探测器中的物质发生相互作用，称为“直接探测”；二是寻找宇宙中暗物质自身衰变或湮灭产生普通物质的信号，称为“间接探测”，三是探寻粒子对撞机中人为产生的暗物质粒子，称为“加速器探测”。

一旦真正发现了暗物质，那么毫无疑问诺奖在手。

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