智慧黑科技

從物理學的角度來看，我們能看到東西，是因為眼睛感受到了電磁波，我們能摸到東西，是因為我們的手感受到了電磁力，如此等等，而這些現象，歸根結底都是物質之間在發生互相作用時產生的。

但在我們所處的宇宙中，卻有一種幾乎不會與任何物質發生相互作用的物質，這就是我們常聽到的“暗物質”。

暗物質這個詞來自英文“Dark matter”，其字面上的意思為“黑暗的物質”。但不能這樣簡單地理解，根據暗物質的奇特性質，我們應該比較準確地將其定義為：暗物質是真是存在，但是我們又感知不到的物質。

也許有人要問，既然我們感知不到暗物質，那麼科學家們又是怎麼知道它們的存在呢？答案就是，暗物質雖然不與其他物質發生相互作用，但是它們會產生引力。

在四大基本力中，雖然引力的強度遠遠小於其他三種力，但是引力是長程力，並且可以無限疊加，因此在非常宏觀的層面上，引力就可以顯得異常強大，甚至可以將光線扭曲。

當遙遠的星光在經過某個強引力場的時候，光線就會出現明顯的扭曲，在合適的觀測點，就可以觀測到更多的星光，這就是“引力透鏡效應”。通過對“引力透鏡效應”的觀測，就可以間接地計算出，在很大的尺度下，宇宙空間中的暗物質的分佈情況。

正是通過這種方法，科學家們發現了在37億光年外，宇宙中上演了一出大戲，主角就是神秘的暗物質。

上圖為37億光年外的一個星系團，它形成於兩個星系團的碰撞。在38.5億年前，一個星系團以大約每秒鐘2800公里的速度，通過了另一個星系團的中心，並在其右側形成了一個類似子彈頭的激波。因此，科學家將這個新形成的星系團命名為“子彈星系團”。

根據直接觀測到的數據，以及利用“引力透鏡效應”計算出的引力源分佈，科學家描繪出了子彈星系團的後期合成圖，如下圖所示。

圖中紅色的部分表示直接觀測到的各種輻射（主要是X射線），藍色的部分表示暗物質。我們可以清楚地看到，在激烈的碰撞過程中，這兩個星系團的普通物質發生了相互作用，併產生了大量的輻射，而與之形成鮮明對比的是，這兩個星系團中暗物質卻毫髮無損地穿過了彼此。

科學家認為，宇宙中上演的這出大戲，是迄今為止有關暗物質的最好證據，它非常清晰地向我們展示了，在激烈的碰撞下，暗物質與普通物質分離的壯觀場景。

需要指出的是，宇宙中的暗物質差不多是普通物質的5倍，而更加神秘的暗能量，卻佔了宇宙的73%。由此可見，我們人類對宇宙的探索之路，還有多麼的漫長。

回答完畢，歡迎大家關注我們，我們下次再見`

魅力科學君

暗物質簡單說就是宇宙裡面有質量但卻看不到的物質。但是暗物質是一種假設，該假設的提出是由於觀測到星系懸臂運動速度與星系核心區域運動速度出現了不符合相對論預測的差異所導致的。由於我們現有的天文望遠鏡都是光學的，但卻無法觀測到，而且確實有引力差異，所以理論物理學家就提出了這個暗物質假設。

與此同時，由於有了暗物質，所以就順便也提出來了與其配套的暗能量。

另外暗物質特別容易和另外一個概念混淆：反物質。反物質和我們平常的所謂正物質差異和區別就在於所攜帶的電荷，普通物質比如一個電子攜帶的是一個負電荷，質子攜帶一個正電荷；反物質正好相反，反電子攜帶的是正電荷；反質子攜帶的是負電荷。反物質是可見的也有質量，正物質和反物質一旦接觸在一起就會相互湮滅形成純能量，能量轉化率是100% 並釋放光子。反物質是確定存在的真實存在的不是假設的，而暗物質和暗能量是假設的。這就是他們的區別。

星靈號

東方易達安成

我讀教科書《宇宙物理學》總的感覺是：所給的現象是無可非議的，所給的解釋是匪夷所思的，通篇以宇宙爆脹論為主線。

弄清暗物質的前提是放棄宇宙爆脹論

宇宙爆脹論，不能自圓其說，就臆造了暗物質與暗能量兩個本該有的存在。暗能量是一個不倫不類的術語，能量不可能離開介質獨立存在。把暗能量介質也歸入暗物質吧。

宇宙爆脹論，是基於不能自圓其說的哈勃紅移論與廣義相對論的推論。

哈勃紅移論，即哈勃定律，也叫宇宙學紅移，套用退行性的多普勒效應，說天體總是向四面八方不斷遠離我們的地球或銀河系。

遺憾的是，宇宙學紅移，無法解釋有些天體的藍移現象。例如，仙女座星雲的M31星系，正在不斷向我們的銀河系逼近。僅憑這一個證據，就足以推翻宇宙爆脹論。

根子還在廣義相對論。廣義相對論的引力場方程，用純幾何的黎曼空間，替代或否定真空場介質的客觀存在。

真空場介質，就是我們常說的場物質，正是宇宙爆脹論所殘缺的暗物質。換句話說，暗物質就是場物質。

哈勃望遠鏡實測的紅移現象與藍移現象，統稱天體頻移現象，唯一可能的解釋是：

恆星內部的熱核反應，隨著生命週期，漸強或漸弱的表現。當熱核反應漸強時表現為藍移，當熱核反應減弱時表現為紅移。

暗物質在哪裡或如何表現？

暗物質是隱隱約約的。電場、磁場、電磁場、電磁波、光量子，引力場、引力波、引力子、背景輻射、介子、膠子，都是載能的場，是玻色子物質，都是暗物質，換個說法而已。

暗物質是無處不在的。暗物質是構造所有費米子與玻色子的最基本的要素。

暗物質構成內空間與外空間。中微子、電子與質子的內空間，是高能密的場介質。原子的內空間，即原子核的外空間，是低能密的場介質，是傳播原子光譜的介質。

暗物質有哪些性質與用途？

最基本暗物質，是最低能密的、最大熵值的、最均勻分佈的、最無序震盪的、最高光速的、最大真空度的場介質，簡稱基態場介質，或基態場。

暗物質的用途，司空見慣，激動人心的有：

①超高頻光子，可以用來強迫電子反向自旋，變成正電子。也可用於逆向湮滅反應，理論上的意義重大：無中生有！

②紫外線序列，可以用來光合作用，生產碳水化合物，也可用於光電效應生產光電子，廣泛用於微電子技術。

③可見光序列，可用來製造激光。激光製冷，可用來製造超導材料、超流體。激光制熱，可用作激光切割、激光蝕刻、激光治療、激光武器。

④引力子序列，可用作天體定位，因為引力子具有超強的穿透性，不像光量子會偏折。

好了，本答stop here。請關注物理新視野，共同切磋物理邏輯與中英雙語的疑難問題。

物理新視野

我們首先來看下，暗物質這個名詞是怎麼出現的。

在宇宙大尺度上，萬有引力的作用最為突出，萬有引力作用，使得宇宙中的所有天體表現為吸引的作用，按照吸引的結果來看，只要時間足夠，所有的物質，最後應該會重新聚合到一起。

什麼意思呢？就是說大爆炸使得所有的粒子都被炸開了，至於大爆炸的原因，這個問題超越了物理學，我們不做討論。大爆炸使得所有的東西都向外運動，但是，神奇的萬有引力作用，會使得他們減速，最後停止向外運動，並向內聚攏，最後會聚集到一起，宇宙坍縮。

但事實呢？在大爆炸之後140多億年的時間裡，大爆炸的向外噴發之力，早該結束了，而實際上，宇宙不僅沒有停止膨脹，反而是加速膨脹。這是我能探測到的事實，而這個事實與現有的宇宙模型，根本是不相容的。

如果我們不想否定現有的宇宙模型怎麼辦呢？物理學家絞盡腦汁，終於找到一個答案:宇宙中存在一種能量，這種能量的作用效果與萬有引力作用相反，它推動著宇宙膨脹。

好了，基於這樣一種假設，物理學家根據觀測到的宇宙膨脹速率，以及宇宙現有的可以觀測到的所有的質量與能量，物理學家計算出，宇宙中還有一些沒有觀測到的質量和能量，而且，佔比相當大，物理學家將這些東西命名為暗物質和暗能量。

暗物質與暗能量究竟是什麼呢？首先這些東西是理論計算出現的，其次，沒有被現有的探測手段觀測到，因此冠以暗物質暗能量之命，暗意思是說，目前為止還沒有觀測到。

暗物質暗能量完全是物理學家猜測的結果，當然，不是所有的物理學家，而且很可惜的事，我們目前還沒有證據證明暗物質暗能量的存在。而我個人認為，這種東西根本就是不存在的，行為猜錯了。

天涯掌門人

暗物質是指不發出電磁輻射然而卻對其他天體有引力作用的物質。 因為沒有電磁輻射，所以是暗的。暗物質是什麼還沒有定論。但是有各種各樣的理論模型。 運動速度很大的暗物質叫做熱暗物質，運動速度很小的暗物質叫做冷暗物質，運動速度介於兩者之間的暗物質叫做溫暗物質。

暗物質探測主要分為直接探測與間接探測。直接探測是測量暗物質與原子核相互作用而產生的閃爍光或者聲子。為了避免宇宙線的干擾，其實驗室都建在地下。探測器包括低溫探測器和惰性液體探測器，前者探測暗物質粒子在晶體吸收器上產生的熱，後者測量暗物質粒子與惰性液體碰撞產生的閃爍。中國錦屏地下實驗室的“熊貓計劃”暗物質探測器屬於後者。

間接探測是在外太空測量暗物質粒子湮滅所產生的光子或正反粒子對，或者其衰變為通常的粒子。丁肇中領導的阿爾法磁譜儀計劃和中國的“悟空”衛星都屬於這一類。

另外，也可以利用加速器尋找通常粒子碰撞而產生的暗物質粒子。

物理文化與施鬱世界線

暗物質到底是什麼？

“暗物質到底是什麼？”，客觀地說，我們現在還不知道暗物質是什麼，否則我們也不會把它叫做暗物質了。可能要你要問題了，

這其實是理論和實際觀測過程中發現的巨大差距所導致的。具體來說是這樣，上世紀30年代，兩位天文學家先後發現了，星系中的恆星的移動速度大於理論值。

我們可以舉個簡單粗暴的例子，就說咱們所在的太陽系吧，太陽系其實是繞著銀河系的質量在做運動。

同時，在上初高中甚至是大學物理課時，我們都有接觸過牛頓的萬有引力定律，根據牛頓的力學體系，我們可以計算出太陽的繞著銀河系質心運動時的具體速度，算下來大概是160km/s，結果呢，實際上觀測結果卻是240km/s。

這個問題的出現讓科學家開始思考到底是哪裡出了問題。我們也可以思考一下，這樣的情況可能是什麼原因導致？

很多人的第一反應是理論錯了，但是牛頓的萬有引力定律200多年來，在預測天體的運動時都精確不比，甚至科學家用牛頓力學還能預言海王星的存在。直到近現代，航空航天也還在大量運用牛頓力學，有些探測器在長達數年的航行中，最終達到預定地點和計劃的時間差都在秒級，如果牛頓力學是錯的，是不可能有這樣的精準度。

那還有一種可能性，根據牛頓力學，運動速度越快，就需要越大的引力，這就意味著需要額外的質量來提供額外引力，所以可能存在著某種我們看不到的物質提供了這個額外的引力。

那這種猜想靠譜麼？實際上，理論上是有可能的。這裡就要提及宇宙中的四大作用力，分別是強力，弱力，電磁力和引力。

他們就想萬物的粘合劑，讓物質粒子可以聚合在一起，所以物質和物質之間就是依靠這四種相互作用。其中強力最強，電磁力次之，弱力排在第三，引力是最小的。

而我們在觀測天體時用到的是電磁波，也就是利用的電磁相互作用。也就是說，如果存在不參與電磁相互作用的物質，我們就會很難觀測到它，比如：中微子就屬於這一類。中微子不參與強力和電磁力，由於每秒鐘有10萬億個中微子穿過我們的身體，但我們根本無法察覺到。所以，這個提供額外引力的物質應該也是不參與強力和電磁相互作用的，只參與弱相互作用和引力。而由於弱相互作用發生的概率極其低並且強度也很小，引力強度則是十分小，因此，我們很難能夠觀測到，我們也被這種物質叫做暗物質。

暗物質在哪裡？

按照目前對於暗物質的相關研究來看，我們就主流的理論：冷暗物質模型。

這裡的“冷”指的是構成暗物質的粒子運動特別緩慢；根據最新基於宇宙微波背景輻射的研究以及理論計算，我們可以知道暗物質的總量大概比於已知物質總量的5倍還要多。

因此，基於這兩個點，科學家預計暗物質是大量存在的，並且廣泛存在於宇宙空間當中。說白了，我們都被包裹在暗物質當中，只是我們看不到他們而已。（下圖中，藍色部分就是暗物質。）

暗物質有什麼用？

目前基於對暗物質的研究，暗物質將會有什麼用處，產生什麼樣的影響力我們還無法預知。但我們知道現在的宇宙的樣子是離不開暗物質的。

首先是在宇宙2億歲時，也就是距今136億年前後，宇宙中第一批恆星在分子云的引力坍縮後逐漸形成，但是根據計算發現，可能當時的物質間的引力還不足以使得分子云聚合成恆星，是由於暗物質的存在，提供了額外的引力，恆星才得以形成的。

其次，同樣的問題出現在了星系上，目前來看，早期的星系能夠形成也是仰仗著暗物質，而且這種情況持續至今，如果暗物質突然消失，那麼星系就會崩盤乃至散架。

因此，暗物質的作用就像是恆星，尤其是星系的粘合劑。

鍾銘聊科學

暗物質.真正的.是陰涼的粒子！自私的產物。

能量.用暗物質，對科研.時空中.封人類前行！

正.反方粒子都有。用正方.陽性佛粒子，人類敗德。滅祖宗！

只有正方.託人類.子孫！

反方託什麼？轉竄人事物.和動物！

反方粒子，也不能讓用，有護持的。

那方都不同意，時空路.怎麼走？

頭一段說:研究反物質，對不起！此路不通。

例:有一種代印章蜘蛛！

那是佛封印，打到違規者身上..前邊跑，後面追到山處，撞的那模樣！

前邊出事，呂仙后邊，調轉神原.找替.定那位！

②湖中一灘生物.空中被麒麟和呂仙，轉呂模樣，讓後上去的護法看到，清空間迴歸路.給打下來時，逃水中生命！還是同樣轉換.同樣方法。

③為啥每一身偷者身邊，必有真佛僧被控！都己.被轉別的模樣！不讓有助力。

有難時.就把，這些佛.推出去，替背業去！

④空中清到.佛地處。往南一走，清完此.黑物質！

偷麒麟.把護法和身邊人，定此處！

變成黑雲卷。

⑤時空中.大多沒經歷過.難分辨。錯.對.反正！

不要用陽性粒子，那是.世命祖宗！

也不要用.陰性粒子，那裡有.被轉的.陽性粒子！

這回.我也明白了，為啥封！

不讓世命.恆闖星際了。

普雨Liuyajun

1932年，天文學家奧爾特發現銀河系的自轉不符合牛頓力學。銀河系外側的恆星運動速度與靠近銀心的恆星運動速度沒有什麼大的差別。（在計算精度要求不高的條件下，銀河系的自轉規律用牛頓公式就足夠了。）很可能有暗物質存在。

1933年，天文學家茲威基研究后髮座星系團，用"動力學質量"和"光度學質量"計算出來的星系平均質量，差了160多倍，比值大得離譜。茲威基在論文中猜測了后髮座星系團中包含大量暗物質。

美國女天文學家魯賓在二十世紀六七十年代，發現銀河系要維持目前的轉動速度，必須遠高於目前已經觀測到的天體質量總和。於是1980年，魯賓和同事發表了一篇有關暗物質的重量級論文。

2006年，暗物質的直接證據才出現了。天文學家格拉斯﹒克洛團隊，無意間觀測到星系碰撞，巨大的威力使暗物質和正常物質分開，因此發現了暗物質存在的直接證據。

時至今日，暗物質依然是謎題。科學家們猜測暗物質是一種微觀粒子，這種微觀粒子除了產生引力作用，和其他粒子不發生任何作用。它們被稱為弱相互作用大質量粒子（WIMP）。

宇宙中的可見物質，也就是我們能觀測到的物質，只佔了宇宙總質量的4.9%，暗物質佔到了26.8%，剩下的68.3%是什麼呢？那就是更神秘的暗能量了。

最愛科學

首先我需要說明一點，暗物質和正常物質統稱為物質，暗物質只是物質的另外一種形式，目前並沒有出現在我們的標準模型中，可以肯定的是，暗物質屬於：弱相互作用有質量粒子，這個弱目前還不是很確定，但會發生很強的引力作用，確實是屬於物質的一部分。這個概念很重要，不然真的會產生一些奇奇怪怪的問題。所以談論暗物質不應和我們的物質分開，它是我們物質世界缺失的一部分，也是標準模型中缺失的一部分。

宇宙的能量密度比例以及暗物質集中在哪裡

上圖可以看到，暗物質就生活在我們星系和星團周圍光暈中，一個幾十萬光年的星系，其暗物質暈將橫跨幾百萬光年！暗物質佔宇宙總能量密度的23%。這使得暗物質在宇宙能量整體的重要性上僅次於暗能量。因為宇宙是膨脹還是減速，膨脹的速度是多少，都取決與宇宙中何種形式的能量密度佔據優勢！

我們知道目前宇宙受暗能量的掌控，但暗能量是在45億年前才變得重要起來，因為隨著宇宙的膨脹它的能量密度超過了任何形式的能量密度，目前的含量大約是正常物質的5到6倍。

也就是說，普通物質（質子、中子、電子等等）構成我們日常世界的所有物質，只佔宇宙總能量的4-5%。

我們為什麼發現不了暗物質

在45億年以前，在暗能量主宰宇宙之前，就能量密度而言，暗物質在宇宙中占主導地位。暗物質對於宇宙結構（包括星系、星系團和超星系團））的形成發揮了極其重要的引力作用，這麼巨量的暗物質也讓世界各地的物理學家和天文學家頭疼不已，原因很簡單。因為：

• 我們可以看到暗物質的引力效應。從微波背景的波動到大尺度結構，從超新星數據到引力透鏡，暗物質的存在無疑是我們在宇宙學各個方面所能得到的最好的解釋。
  

• 除了引力以外，我們不知道如何與暗物質互動。

暗物質的兩個最佳候選者

在宇宙的歷史中，暗物質並不是一直主導著宇宙。當回到宇宙只有幾千年的時候，早期的輻射能量密度最高。注意，不僅僅是光子(光)，還有任何接近光速的高能粒子。

從大爆炸的那一刻起，宇宙就充滿了很強的輻射和高能粒子。現在想一想我們目前所知道的所有粒子，它們有不同的自旋和電荷，有物質和反物質，有很多不同的類型和口味，這就是我們已經建立起來的標準模型。

而在早期的宇宙，標準模型的中的粒子不論是光子、還是最重的頂夸克都擁有極高的溫度，充當著輻射能量，但這些粒子並不是當時宇宙唯一存在的粒子。

因為早期宇宙極端環境下的溫度遠遠超過了我們在地球上創造或觀察到的溫度，所以當時很可能創造出了更多我們目前尚未發現的粒子。

• 超中性子
  

例如超對稱理論預言，目前只是預言！不論是玻色字還是費米子都存在自己超對稱的夥伴粒子，它們之間的自旋相差1/2，其他量子態都是相同的。這也就是說玻色字的超對稱粒子就屬於費米子，反過來也一樣！因為它們自旋也正好相差1/2。

如果這些超對稱粒子真的存在的話，標準模型中的粒子數將翻一番！而且早期宇宙的能量肯定也能夠大量創造出這些粒子。當宇宙冷卻時，質量較大的超中性子就會湮滅或衰變，但是最輕的超中性子會保留下來。

隨著我們的膨脹和冷卻，輻射能量變得越來越不重要，物質開始佔據主導地位。

所以最輕的超中性子是暗物質的最佳候選者，還有很多奇奇怪怪的理論，在宇宙暗物質問題上可謂是百家爭鳴。

• 暗物質還有另一個有力的候選者，那就是冷暗物質——軸子
  

軸子也是宇宙的一種粒子。當宇宙還不到一秒的時候，軸子可能只是總能量密度中很小很小的一部分，完全可以忽略的。但是當宇宙冷卻時，輻射的能量密度下降得比物質密度還快，到宇宙大約1萬年的時候，軸子的能量已經超過了輻射，並開始主宰宇宙。

在這兩種候選者中，與它們發生相互作用也是有可能的：如果我們的對撞機擁有更大的能量，可以創造出宇宙的初始條件，或者找到與它們發生互動的方法！

我們雖然現在還沒有成功，但我們也不會灰心，因為這就是科學前進的動力！就像幾百年前我們找到了電磁相互作用一樣。

暗物質有什麼用？它能給我們帶來無窮無盡的能量，而且安全、高效、清潔！

我們知道我們發現並掌控了電磁相互作用給我們帶來了電氣化的工業革命，那麼我們想象一下我們現在發現掌握了與暗物質的相互作用，這會給我們帶來什麼？

那就是無限的能量！可以100%完美利用的清潔能源，驚訝吧！那這是怎麼回事呢？

對於暗物質的大多數候選粒子，包括上面解釋的兩種主要粒子，暗物質粒子就是它自己的反粒子，這意味著如果我們把暗物質粒子和另一個暗物質粒子碰撞，就會得到純能量，跟我們常說的物質和反物質碰撞是一樣的。

但是暗物質的有點是：暗物質對我們並沒有任何傷害，它既沒有任何輻射，也不會撞疼我們，更不會和我們發生湮滅。

安全、清潔、豐富、100%高效的能源，是不是很具有誘惑力！所以尋找暗物質不僅僅是為了解釋宇宙，滿足我們的好奇心！它能為我們人來帶來無可限量的可能！

關鍵字: 暗物質 不是 科學