暗物质：宇宙中看不见的“鬼魅”

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人类如果能找到暗物质粒子，那么“鬼魅”将在阳光下显得不再神秘，当它们在我们耳后的空间上轻轻流淌时，我们将不会再像之前那样不曾察觉丝毫。那时，鱼不只是在水里简单遨游，她还将感知水的每一颗分子！

暗物质：宇宙中看不见的“鬼魅”

看着满天的星河，感受指间划过的微风，不曾想有一种不可察觉的“物质”正在悄然间从其中亲密“流淌”。暗物质，作为理论提出的一种不可见的物质，名声早已“烂大街”了。围绕着暗物质的话题却丝毫不会因此而减退。为何它如此有魅力？因为它似乎普通而有神秘！它就好比水之于鱼一样，水无处不在，但鱼却很难察觉。

发现暗物质

现在的暗物质研究已经和上世纪初的暗物质概念已经有很大区别了。1922年，天文学家卡普坦在观测星体运动时应用牛顿力学做推导时意外发现，无论他怎么去做运动轨迹推导，似乎都可以指向在星体周围存在着一种不可见的引力。当时，他据此提出在星体周围可能存在一种不可见的物质，是为“暗物质”。

当卡普坦提出这种观点之后，人们并不觉得他说的对的。毕竟，科学研究很可能会存在测量误差。但是，真相就是真相，它并不会因为持有真相的人的多寡就会发生丝毫改变。

1933年，天体物理学家兹威基利用光谱红移测量后发座星系团的星系运动速度时，星系运动速度离心力过高，仅靠可见星系的质量远远无法将其束缚在星系团内。因此兹威基认为在星系团中应该存在大量的暗物质。在此之后，陆陆续续有各种天体运动观察的研究都证实了这种现象的存在。

宇宙大爆炸模型

早期的天体模型

在当时，人们普遍认为这种“暗物质”应该是由某些人类未能观察到的大量天体、黑洞等构成，但是，到了1964年，当天文学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊偶然发现宇宙微波背景之后，人们突然间才意识到暗物质可不是简单加上某些天体、或黑洞的质量就可以解决的。

因为数据表明，宇宙总质量的90%由暗物质贡献。而宇宙的总能量的26.8%由暗物质贡献，构成天体和星际气体的常规物质只占到了4.9%，剩余的68.3%为某种不知道的暗能量。

也就是说，暗物质才是宇宙的主要组成成分，而恒星、黑洞等只占其中很可怜的一部分。

于是，对于暗物质的研究从原来的“遥远”星体、黑洞地带，来到了我们身边。人们现在认为暗物质应该就像常规物质一样，随处可见！如果更严格意义上来讲，应该比常规物质更常见。只不过这种物质以人类目前的技术手段无法直接观察到。此外，人们还惊讶的发现，正是因为这种力，宇宙正在以超光速膨胀，如果以该速度一直进行下去，在遥远的未来，这种力将会撕裂原子核，所有一切实物粒子都将不复存在。

暗物质粒子模型

既然暗物质很常见，而我们的宇宙的物质由常规粒子组成。自然人们在此基础上，提出了一种暗物质类粒子学说，而且它已经成了人们对暗物质研究的主流。

该学说认为，暗物质的基本组成应该也是一种粒子，这种粒子不同于目前已知的任何微观基本粒子（电子、中微子等）。它高度稳定，基本不参与电磁相互作用，与光子相互作用也非常弱，以至于基本不发光。此外，暗物质也不参与质子中子间的强相互作用（即强力，是将质子和中子高度结合在一起构成原子核的作用力，是四大基本力之一），否则原初核合成的过程将会受到扰动，也就构不成现在我们看到的宇宙了。

其实，你基本上可以看到，这种粒子模型只不过是参照现有常规物质模型而建立起来的。就像常规物质的粒子特点，人们也认为暗物质应该也存在暗质子、暗电子、暗中子等类似的基本粒子，暗质子和暗电子结合应该也能合成一个暗中子。即暗粒子不应该只有一种粒子，而应该有很多基本粒子。

在粒子学说“大行其道”的年代里，人们马不停蹄地翻开“基本粒子”的抽屉，以期在里面翻找到暗物质粒子的身影。于是，中微子曾经被引起注意，因为它具有上述的多项特性，例如不参与电磁相互作用和强相互作用，但是中微子性质更倾向于光子，质量极小，运动速度却接近光速，无法冷却拥有足够质量，不足以构成暗物质的主要成分。

于是，有2种理论上的粒子模型被提了出来：弱相互作用有质量粒子（WIMP）和轴子（Anxions）。

WIMP

弱相互作用有质量粒子

弱相互作用有质量粒子(WIMP)是最受关注的对象。从名字就可见端倪，弱相互作用，自然不直接参与电磁和强力作用，有质量自然是要区别光子这类能量粒子。

然而目前人类已知的粒子物理模型里，不存在同时满足这些性质的粒子。这注定寻找这种粒子的难度将难以想象。例如欧洲的高能粒子对撞机已经为此运行几十年了，仍然无法找到一丝相关线索。

但是，这并不妨碍人们对它的想象。已有相当一部分理论宣称它们模型中的粒子就是一种WIMP，比如超对称模型中最轻的超对称伴侣粒子 ，额外维理论中的最小Kaluza-Klein激发态粒子以及Little Higgs模型中的T-odd粒子等。

Axions

轴子

除了WIMP，轴子理论也被广泛讨论。它是粒子物理与天体粒子物理和凝聚态物理预言‘存在’的一种自然界存在的亚原子粒子。它是一种非常轻的中性粒子，具有寿命长、温度低、也无电磁和强相互作用。

目前意大利国立核子物理研究所的PVLAS探测器正在不停努力的寻找它。虽然有报道取得相关进展，但是寻找轴子存在的“确凿证据”仍然需要不断开展。

总结

由此看来，如果在不久的将来，人类如果能找到暗物质粒子，那么“鬼魅”将在阳光下显得不再神秘。那时，当它们在我们耳后的空间上轻轻流淌时，我们将不会再像之前那样一丝察觉都不曾！

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作者:蚊子与茶杯

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原文地址：今日头条