什麼叫暗物質，現在的暗物質研究到什麼地步了？哪國家最厲害？問答頭條網

2018-05-30 07:16:32.389000 佚名

遠方的遠方的風景

暗物質研究已經有好多年了，最早是一個在美國的瑞士籍科學家弗裡茨·茲威基在一九三幾年就發現暗物質了，但發現以後很多人並不相信，因為宇宙還是很複雜的，他看到的是不是一定需要用暗物質來解釋，並不是很清楚。到一九七幾年的時候，很多科學家就在各種各樣的天體裡發現了引力比較強的這種證據，其中一位女科學家測量了星系周圍的暗物質，所以大家逐漸相信這一情況了。

到目前為止，即使從一九七幾年開始到現在，也已經有四十多年曆史，但是大家還沒有找到暗物質。大家試了各種各樣的辦法，比如說曾經很流行的一個模型，叫做弱相互作用重粒子暗物質，現在大家研究的已經比較深入，有很多很多的研究這方面的實驗。我們大家很熟悉的，我們國家在錦屏山做的地下探測實驗，還有中國科學院紫金山天文臺常進研究員在紫金山天文臺和國外合作，做的空間暗物質探測實驗，他們都是針對這一種暗物質。

另外還有很多其他的暗物質研究，從目前來看，國際上有很多這方面的研究情況，總體來說還是美國和歐洲的實驗更多一些。我們中國現在這兩個實驗雖然不多，但是也已經取得了很先進的成果，比如說我們現在錦屏山的實驗，已經給出關於暗物質最強的實驗限制之一。暗物質目前全球科學家都沒有找到，但是我們國家在做的實驗實現限制的程度已經是最強的之一了。同樣我們國家自己的暗物質衛星（悟空號）實驗也很快就要公佈重要的結果。

出品：SELF格致論道講壇

中國科普博覽

20世紀，科學家發現了“宇宙微波背景輻射”，通過觀測宇宙微波背景輻射，科學家可以推斷出宇宙的年齡、膨脹速度和能量密度等信息。在經過細緻計算和分析後，科學家疑惑地發現，按照現有觀測和理論推導，宇宙不應該是如今這個樣子的，除非宇宙中存在一類目前未知的物質，於是科學家將其稱為“暗物質”。

“暗物質”是當今物理學界最大的謎團之一，據觀測，暗物質佔整個宇宙質量的85%，顯然不是可以忽略的部分，但人類無法直接感受到它的存在。不過由於暗物質能夠干擾光波與引力場，因此可以通過間接手段來探測。但是對於暗物質到底是什麼，人類仍然一無所知。

這裡我來簡要介紹兩個暗物質相關的最新進展。

第一個是關於暗物質粒子尺度的理論推算。2014年7月，世界頂級科研雜誌《Nature》的物理學子刊的一篇封面文章轟動了世界，國立臺灣大學的學者提出，暗物質並非以往物理學家推測的“重粒子”，而是“極輕粒子”。高中物理學曾經教會我們，每個物體其實都可以視為“物質波”，而物質波的波長與物體的質量成反比。臺大的物理學家通過計算，認為

暗物質粒子的物質波波長大約為10,000,000,000,000,000,000km，即整個星系的尺度。最不可思議的是，他們用星系這種大尺度的基本粒子模擬出來的宇宙圖景，符合目前所有的觀測數據……這意味著，我們很可能生活在極其濃稠的“暗物質液體”中，這種“液體”的密度比水高一百萬倍，但我們完全感受不到，因為暗物質與我們沒有任何交互作用。

第二個是關於暗物質探測的實驗。暗物質雖然不能直接被觀測到，但可以通過一些間接手段進行探測。中國目前在暗物質空間探測領域是國際領跑者，中科院2015年發射的暗物質粒子探測衛星，採用空間間接探測方法來對暗物質進行探測，其中的核心部件BGO量能器是世界上最先進的。這顆衛星也是目前世界上觀測能段範圍最寬、能量分辨率最優的暗物質粒子探測衛星。

看風景的蝸牛君

科學名詞所用的每個字眼兒都是為了反映一定的性質而命名的。我們把我們周圍的物質包括構成我們自身的物質叫做普通物質。普通物質有四種基本作用力：萬有引力、電磁力、強作用力和弱作用力。萬有引力只跟質量有關係，有質量就有引力，所以一切普通物質都具有萬有引力。

暗物質。之所以叫“暗”，因為它除了萬有引力之外，不具有其他三種基本作用力。早在1930年代，瑞士天文學家茨維基通過觀測星系團的運動，發現星系的運動速度“過快”，根據光學性質（電磁作用）來推測出來的星系團的質量不足以束縛它們，所以他提出還有許多甚至十倍以上看不見的物質存在。1970年代，美國天文學家薇拉·魯賓通過測量星系的旋轉曲線（星系直徑上旋轉的速度），又一次證實了暗物質的存在。所以天文學家們是通過暗物質的引力作用發現了它的存在，但是這一點並不足以給出暗物質更多的特徵，所以科學家們提出了很多理論模型，只希望通過其他的信息尋找暗物質的性質究竟是什麼。

中國的悟空號暗物質探測衛星，中國的錦屏山地下實驗室，國外也有一些同類的實驗，希望測量來自宇宙射線中的信號，從中發現暗物質衰變的跡象。也就是說從理論上天文學家們認為暗物質不僅僅是具有引力作用的，也存在一些其他作用力，雖然很弱，由此可以衰變成為我們熟悉的可以探測的信號（比如高能的中微子，或者伽馬射線）。通過這些信號，再進行重建，獲得暗物質本身的信息。這個模型成為WIMP弱相互作用力大質量粒子。在國際上關於尋找暗物質的研究領域，比較突出的有丁肇中先生，他在國際空間站上搭載的暗物質探測儀器已經排除了許多信號和模型，也為悟空號暗物質探測衛星提供了研究的依據。這一類是直接進行探測。錦屏山地下實驗室，用液氙作為介質，跟宇宙射線中的粒子進行碰撞，這是間接進行探測。

在國際上中國悟空號暗物質探測衛星是第一顆專門用於這個課程目標的衛星，錦屏山地下實驗室也是處於國際的前列。當然，目前國際上有許多的探測項目正在進行，沒有辦法說誰哪個國家出做的最好，要看將來誰的結果出得更快，更好。。

松鼠老孫

暗物質其實網上已經有非常詳盡的資料了。大家可以很輕易地搜索到各種程度的適合自己的答案。

什麼叫暗物質？

在宇宙學中，暗物質（英語：Dark matter），是指無法通過電磁波的觀測進行研究，也就是不與電磁力產生作用的物質。人們目前只能透過重力產生的效應得知，而且已經發現宇宙中有大量暗物質的存在。

現代天文學經由重力透鏡、宇宙中大尺度結構的形成、微波背景輻射等方法和理論來探測暗物質。而根據模型，由普朗克衛星探測的數據得到：整個宇宙的構成中，常規物質（即重子物質）佔4.9%，而暗物質則佔26.8%，還有68.3%是暗能量（質能等價）。暗物質的存在可以解決大爆炸理論中的不自洽性（inconsistency），對結構形成也非常關鍵。暗物質很有可能是一種（或幾種）粒子物理標準模型以外的新粒子所構成。對暗物質（和暗能量）的研究是現代宇宙學和粒子物理的重要課題。

暗物質研究到什麼地步了？

暗物質研究的手段主要基於星系自轉曲線，星系與星系團觀測，宇宙微波背景輻射。觀測手段主要分直接觀測和間接觀測兩種。目前的研究進度就是：有充足的觀察證據證明暗物質是真實存在的。但對於暗物質由什麼物質組成還眾說紛紜，理論很很多種，但都還缺乏充分的足夠的實驗證據。

哪些國家最厲害？

暗物質測量的主要實驗室包括美國的Soudan mine和DUSE、加拿大的SNOLAB地下實驗室、意大利的大薩索國家實驗室（Gran Sasso National Laboratory）、英國的Boulby mine以及中國四川省錦屏山地下2500米世界最深暗物質試驗中國錦屏極深地下暗物質實驗室。

低熵製造機

宇宙學研究發現，在宇宙大爆炸初期產生的各種基本粒子中，有一種叫做中微子的粒子不參與形成物質的核反應，也不與任何物質作用，它們一直散佈在太空中，是暗物質的主要“嫌疑人”。

但中微子在1931年被提出來以後，一直被認為質量為零。這樣，即使太空是中微子的海洋，也不會形成質量和引力。曾有人設想存在一種“類中微子”，它的性質與中微子類似，但有質量。可是一直沒有發現“類中微子”的存在。

極小的中微子運動速度極高，可自由穿透任何物質，甚至整個地球，很難被捕找到。但中微子與物質原子和亞原子粒子碰撞時，會使他們撕裂而發出閃光。探測到這種效應就是探到了中微子。但為了避免地面上的各種因素的干擾，必須把探測裝置（如帶測量儀器並裝有數千噸水的水箱）放在很深（如1000米）的地下。

1981年，一名蘇聯科學家在試驗中發現中微子可能有質量。近幾年，日、美科學家進一步證實中微子有質量。如果這個結論能得到最後確認，則中微子就是人們尋找的暗物質。

尋找暗物質有著重大的科學意義。如中微子確有質量，則宇宙中的物質密度將超過臨界值，宇宙將終有一天轉而收縮。關於宇宙是繼續膨脹還是轉而收縮的長久爭論將塵埃落定。

暗物質促成了宇宙結構的形成，如果沒有暗物質就不會形成星系、恆星和行星，也就更談不上今天的人類了。宇宙儘管在極大的尺度上表現出均勻和各向同性，但是在小一些的尺度上則存在著恆星、星系、星系團、巨洞以及星系長城。而在大尺度上能過促使物質運動的力就只有引力了。但是均勻分佈的物質不會產生引力，因此今天所有的宇宙結構必然源自於宇宙極早期物質分佈的微小漲落，而這些漲落會在宇宙微波背景輻射（CMB）中留下痕跡。然而普通物質不可能通過其自身的漲落形成實質上的結構而又不在宇宙微波背景輻射中留下痕跡，因為那時普通物質還沒有從輻射中脫耦出來。

另一方面，不與輻射耦合的暗物質，其微小的漲落在普通物質脫耦之前就放大了許多倍。在普通物質脫耦之後，已經成團的暗物質就開始吸引普通物質，進而形成了我們現在觀測到的結構。因此這需要一個初始的漲落，但是它的振幅非常非常的小。這裡需要的物質就是冷暗物質，由於它是無熱運動的非相對論性粒子因此得名。

在開始闡述這一模型的有效性之前，必須先交待一下其中最後一件重要的事情。對於先前提到的小擾動（漲落），為了預言其在不同波長上的引力效應，小擾動譜必須具有特殊的形態。為此，最初的密度漲落應該是標度無關的。也就是說，如果我們把能量分佈分解成一系列不同波長的正弦波之和，那麼所有正弦波的振幅都應該是相同的。暴漲理論的成功之處就在於它提供了很好的動力學出發機制來形成這樣一個標度無關的小擾動譜（其譜指數n=1）。WMAP的觀測結果證實了這一預言，其觀測到的結果為n=0.99±0.04。

暗物質湮滅

科學家表明：一些不明來源的高能粒子將有可能是暗物質粒子湮滅時所產生的。

科學家們表示，高能電子究竟來自何處存在很多種可能，經過分析，他們發現觀測結果與目前暗物質理論模型相吻合，表明這些不明來源的高能粒子將有可能是暗物質粒子湮滅時所產生的。這樣的研究結果讓科學家們感到非常激動，但研究小組組認為還需要對這一結果進行多次觀測驗證。為了進一步證實研究結果，此後的7年間，科學家們不斷改進設備和觀測方法的基礎上，又在南極進行了2次成功觀測。加上此前的觀測，他們共觀測到3000多萬個宇宙線粒子，經過層層篩選，他們最終找到210個高能電子。這些結果均與第一次觀測結果吻合，讓研究人員對自己的觀測結果確信無疑。

這些高能電子的能譜流量與目前暗物質理論預言的粒子模型吻合，所得到的低能參數也與歐洲與俄羅斯耗費數億美元研製的、專門用於尋找暗物質粒子湮滅證據的磁譜儀探測器PAMELA所得到的結果完全吻合。這就表明這些不明來源的高能電子將有可能是暗物質粒子湮滅時所產生的。目前高能電子的觀測精度還可以進一步提高，並不排除這些不明來歷的高能電子來自於太陽系附近的特殊天體。即使這樣，這也是人類第一次直接觀測到來自於“特殊天體”的高能電子。科學家表示，他們的研究目前才剛剛開始，要想得出最終的結論還有很長的路要走。今後，研究小組將進一步提高觀測設備精度，以期得出更加翔實的數據並找到更為充分的證據。

不忘初心方得始終140193340

一張圖看懂什麼是暗物質

橫山趣聞事

暗物質並不是由重粒子構成，組成因素一直是個迷，它是一種未知的物質，很多科學家認為其是組成宇宙的重要物質。總之，暗物質是什麼？直到現在科學家也沒弄清楚。

研究暗物質現在已經是公開的秘密了，世界各國都相繼成立研究組織展開研究。特別是美國在這方面的研究，老早就開始，並且相繼取得一定的成績。2007年就將暗物質的分佈“藍圖”構畫出來，並利用哈勃太空望遠鏡，探測到了位於遙遠星系團中呈環狀分佈的暗物質。天文學家們稱，這是迄今為止能證明暗物質存在的最強有力的證據。美國在這方面先行一步，佔據優勢。對於宇宙探索研究，美國一直是先行者，這也是值得我們學習的地方。

對於我們國家來說，研究暗物質是對宇宙的一直探索，是追根溯源的方法。在2015年成立了第一個專門的實驗室“中國錦屏地下實驗室”，讓我們國家一躍而上，進入世界第一研究陣營。有實力的大學也成立相關的研究組織開展研究，2015年北京大學研究團隊就完成了3萬億粒子數的宇宙中微子和暗物質數值模擬。

在早期的研究中，限於科技技術的發展，暗物質研究一直受到侷限。在2015年中國將科學衛星系列的首發星悟空號送入太空，是目前世界上觀測能段範圍最寬、能量分辨率最優的暗物質粒子探測衛星。

對於對暗物質研究的國家來說，沒有最厲害的，探索、開發全宇宙是全人類共同的使命，應當把它看做是全人類的驕傲，而不是比較。

談兵論武

暗物質是根據星系引力缺損而假設的一種能夠彌補星系引力的物質。不過需要提醒的是不要一根筋走到底，暗物質問題的實質是由萬有引力理論的缺陷造成的。

當然，要解開這個問題，首先還得從萬有引力的形成說起。星球引力的實質並不是任意物體之間都存在的“萬有引力”，而是與電磁力相似的極性差作用力。根據筆者二十多年的苦心研究，現在已經形成了一套完整的理論體系，在此就對星球引力的形成做一些簡單的介紹。

星球引力是由氕原子核心的陽性體產生的，但中子又是中和這個陽性體的對立性體，所以星球引力由構成星球物質總量的氕原子大於中子的剩餘值產生。物體重力則是由陰性大於陽性的剩餘值產生的。由於這種引力並不是萬有的引力，所以在此需要更名為乾坤引力。

因此，沒有氕氫剩餘的小行星之類的天體只能表現重力而不會產生能夠凝聚物質的乾性引力；同層次星球就是因為沒有性差、或性差太小而不能產生乾坤引力的。具有同等乾性引力的天體的互相靠近產生的並不是引力而是乾性輻射的同性斥力。我們可以把銀河系中的大多數恆星都看作同層次星球，所以銀河系的大多數恆星之間都是不存在乾坤引力的。

但是，也不是說星球之間就沒有任何作用力了。無論是同層次也好、不同層次也好，星球之間都普遍存在著另外一種作用力，就是坎離極性作用力。

坎離極性作用力是由星球揮發的能量，在建立了個體獨立能量層的的前提下，又具有部分能量的互相融合而產生的。坎離極性作用力的特點是既具有個體之間獨立能量層的斥力，又具有互相融合能量產生的引力，所以星球之間坎離極性作用力所表現的引力與斥力是永遠相對平衡。銀河星系的凝聚力就是由這種作用力決定的！由於詳細解釋坎離極性作用力需要較大篇幅，所以，讀者如有疑問，只能留待以後解釋。

因為銀河級星系的凝聚力不是由所謂的萬有引力決定的，所以，暗物質問題壓根兒是不存在的。

當然，這些只是對我二十多年研究成果的一丁點簡介。在我的研究成果中，幾乎所有的宇宙疑難問題都能夠作出令人信服的解釋。原因就在於路走通了也就沒有什麼難題了。

周慶和1178559755

暗物質（darkmatter），在宇宙學中又稱為暗質，是指無法通過電磁波的觀測進行研究，也就是不與電磁力產生作用的物質。人們目前（截至2011年）只能通過重力產生的效應得知，而且已經發現宇宙中有大量暗物質的存在。暗物質的存在可以解決大爆炸理論中的不自洽性，對結構形成也非常地關鍵。暗物質很有可能是一種（或幾種）粒子物理標準模型以外的新粒子所構成。對暗物質和暗能量的研究是現代宇宙學和粒子物理的重要課題。

首先，天文學家發現許多星系中都存在額外的看不見的引力源。其次，宇宙學家把宇宙的膨脹速度的大小，跟所有觀測到的星系、塵埃、輻射等等物質的總質量放進廣義相對論方程裡比較，結果發現宇宙的總質量應該遠遠大於已知物質的總質量。第三，物理學家曾經在計算機中模擬一團原始物質在引力和宇宙膨脹的共同作用下，逐漸聚集成星系的過程。如果假設宇宙中不存在額外的物質，那麼模擬結果就和實際的觀測對不上。如果假設存在一種大質量的粒子，只參與弱相互作用和引力，不參與其它相互作用的話，並且佔宇宙的總質量的比例大概在20%多時，模擬結果就比較理想了。

種種未知現象都迫使天文學家和物理學家提出，宇宙中存在一種”暗物質“。主流觀點認為，暗物質是一種大質量、弱相互作用粒子，簡稱為WIMP。這種粒子不是某類具體的粒子，而是一個總稱。滿足這個要求的候選粒子不止一種。