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作者：太空生物学
宇宙的构成原理和“拼图拼板”差不多，大的图案是由小的“拼图拼板模块”一块一块拼起来的，当把一个大的图案细分下去的时候，最终会遇到一个特别简单的一小块“拼图拼板模块”，一整张图案就是由这些“小拼图拼板模块”组成的。实际上“元素”像“拼图拼板”一样，元素能组成宇宙万物里的很多东西，例如恒星、岩石、尘埃，动物，植物等等。
一个让人满意的答案，不仅是用来揭示这个宇宙的复杂性，还要揭示它内部最简单的原理，环绕着我们四周的东西有无限多，需要简化，比如“元素周期表”就是解决这个问题的，看得见的、摸得到的、听得到的每样东西都是基于“元素周期表”里的基本元素。
宇宙的复杂性：5%，27%，68%
这里说的只是一种思考方式，一种认知宇宙的思考方式，科学发展到今天，人们已经突破了元素周期表的尺度，看到了原子内部的情况，物质是由元素周期表里的元素组成的，元素又是由更基本的单元（原子、电子）组成的，原子内部又包含质子和中子，质子和中子都是由上夸克和下夸克组成的，原子核外面围绕着不同数量的电子，不同质量的原子核加上不同数量和电子，就构成了不同的元素，因此有了上夸克和下夸克，还有电子，这三个最基本的元素，通过这三个元素就能知道元素周期表里的任何一个元素了。
把无穷无尽的宇宙分成列表，简化为一个“元素周期表”，又进一步简化为三个“粒子”，通过这三个“粒子”，看得到的、摸得到的、听得到的都可以用这三个最小的“拼图模块”构建起来，随着对基本粒子的探索，发现粒子还有其他的类型，并不是只有电子，上夸克和下夸克，尽管构成看得到的、摸得到的、听得到的所有的东西，这三个粒子就够了，但是到了20世纪，粒子物理学家又发现了其他9种物质粒子，还有5种传递力的粒子。
虽然目前已知的三种粒子可以构成恒星，行星，彗星等等，但是人们发现这些物质仅仅占宇宙质量很小的一部分，目前我们大概知道的一切东西，包括物质含有能量，我们日常接触的这些物质在整个我们所知的宇宙里，这些普通的物质和能量只占5%，这5%就是恒星、行星还有星球上的所有的东西，除了这5%，还有27%的物质，还有我们称之为“暗物质”，另外还有68%是我们更完全搞不懂的东西，称之为“暗能量”。
对于“暗物质”目前只知道它拥有引力，它的一切性质我们都不了解，对于“暗能量”就连有没有引力都不知道，只是知道它们让宇宙继续在膨胀，除此之外对它们也是一无所知，那5%，27%，68%，这个比例是不是科学家“蒙”出来的呀？
答：科学家是通过计算得出来的。
特别的推断，需要特别的证据
在已知的宇宙物质和能量里，有27%是所谓的“暗物质”，这个比例还是挺高的，这意味着宇宙中大部分物质不是已经研究了几个世纪的物质，事实上“暗物质”无处不在，此时此刻的我们就在“暗物质”里呆着，“暗物质”的发现是来自于天文学家，他们发现行星的自转和质量，让人觉得有点困惑。
举例说明：
?有一个转盘，转盘上面放着很多乒乓球，当转动这个转盘，边缘的乒乓球就会被甩出去，自转的星系差不多就是这样的。因为星系在旋转的，所以里面的恒星就有被甩出去的趋势，是什么东西让这些恒星不被甩出去呢？
答案：引力。
一个星系转得越快就需要越多的引力来拉住这些行星，知道了一个星系的质量，就能反过来推测出这个星系可以转得有多快，一开始的天文学家是通过观测一个星系里面恒星的数量，来猜测整个星系的质量，但是当他们用这个数字计算星系的自转速度的时候，这些东西就对不上了，发现星系的自转速度远远高于人们通过质量推测出来的自转速度，换句话说，这些行星本来应该从星系的边缘飞出去，就像刚才上面说的那个转盘上面的乒乓球，而实际上，这些乒乓球没有飞出去，为了让这个自转的速度合理，科学家就必须在计算中让这个星系的质量增大，这样才能把这些恒星拉拢在一起，但是呢，人们又看不到这些额外的力量从哪儿来，于是科学家就在想，如果每个星系都有一种很重的东西，但是呢，这种东西又看不见这个事就说得通了，但是这个推断其实是非常特别的。
第1个证据：“引力透镜”
除了通过计算，又找到了一些证据来证明暗物质的存在，其中一个非常重要的证据叫“引力透镜”，也就是暗物质使光线弯曲的一个观测现象。
天文学家有时候在观测的时候会发现一些奇怪的东西，他们会在某一个方向上看到一个星系的图像，稍微移动一下望远镜，他们又会在另外一个地方看到一个一模一样的星系，这两个星系无论是形状颜色还是光线都一模一样，那这是怎么回事呢？为什么会在一片星空上看见两个同样的星系呢？后来发现如果有某种非常重要的东西，而且这个东西你可是看不见的，这个东西正好处在你和这个星系之间，那这个现象就有了合理的解释，这个不可见的重块充当了一个“引力透镜”，光线从那个星系发出来，向左发射了一道光，向右也发射了一道光，这两道光贴着这个不可见的重物质飞行的时候，就会被弯折回来聚集到一点，当这两束光线聚集的点，正好是观测的这个点的时候，就会看到光线从左右两个不同的方向飞过来，也就是在两个不同的方向看到同样的一个星系，这种效应其实在整个夜空中非常的常见，这也就意味着非常重的物质无处不在。这个就是找到的第1个非同凡响的证据。
第2个证据：“碰撞的星系”
通过对几百万年前两个星系团之间碰撞后的观测，当两个星系团发生碰撞的时候，它们的气体和尘埃会呈现非常壮观的景象，巨大的尘埃云被撕裂，在观察这两个星系团碰撞的时候注意到了另外一个现象，在碰撞点附近发现了“两团暗物质”，当然这个暗物质是不可见的，只不过是发现附近星系发出的这些光线，被暗物质团给扭曲了，这就证明了两团巨大暗物质的存在，奇怪的事情是这两团暗物质沿着碰撞的方向运动，好像什么事也没发生就互相穿过去了，把这些星系放到一起梳理了一下，推理出这样一个事实。
曾经有两个星系团，每一个都包含一些常规的物质，就是恒星，行星，气体，尘埃等等，除了这些常规物质，还有就是暗物质，当两个星系团发生碰撞的时候，大部分的气体和尘埃撞到一起互相撕裂，但是暗物质撞到另外一团暗物质会发生什么样的情况呢？事实了是什么都探测不到，暗物质团会继续运动穿过彼此，就好像它们都是透明的，当然星系里的恒星也会相互穿过，但那是因为它们在太空中太稀疏了，也因此它们并没有碰撞到彼此。也就是说，这两团巨大的物质团互相碰撞的时候，普通物质团互相发生爆炸，所以从本质上说碰撞将这些星系中的气体和尘埃给剥离了，它里面的暗物质团互相穿过去了。
上面说的这两点，就是天文学家找到了暗物质存在的两个证据。暗物质是非常奇怪的，它和我们熟悉的东西不太一样，关于暗物质我们就知道以下几件事：
第1：它有质量。
第2：它不可见。
第3：它和普通物质不发生反应。
第4：它和其他的暗物质也不发生反应。
第5：它并非都在远处。暗物质倾向于聚在一起形成一个大的物质团，并且它很喜欢和星系待在一起，目前并没有在没有星系的地方单独发现暗物质。
这就意味着此时此刻的我们就待在暗物质里面，仔细想想就会觉得非常奇怪，一个种物质明明就在那里，却看不到，这也就是为什么研究暗物质会非常难的原因，因为我们和它没有什么相互作用。
“暗物质”只具备一种“力”
普通物质的相互作用一共有4种方式：
第1种：引力。
如果两个物质有质量，它们彼此就会相互吸引。
第2种：电磁力。
如果两个粒子带有电荷，这两个粒子之间就会产生电磁力，电磁力可以让两个物质相互吸引，也可以让两个物质相互排斥，这取决于它们带有的电荷是相反的还是相同的。
举例说明：
你可别觉得电磁力离我们生活很远，实际上我们每天都会感受到这种力，当我们站在地上并不会被地球的引力拽着陷到地球里面去，你可能会觉得有地板支撑着你，那这个地板支撑你的力是什么力呢？实际上它就是电磁力，因为地板里的分子通过电磁力的作用紧密结合在一起，同时会排斥你的脚。
第3种：弱合力。
这种力在很多方面和电磁力有点相似，但是它非常的弱。中微子就是通过这种力和其他粒子发生作用的，中微子和其他粒子的相互作用非常的弱，它可以穿越很厚的铅块而不减速。热合力虽然非常的弱，但是当能量非常高的时候，这种很弱的力会变得像电磁力一样强，事实上现在最新的研究已经证实，就是这种弱作用形成了电磁作用。
第4种：强合力。
这个在我们日常生活中接触的就不太多了，它是在原子核内部把质子和中子粘在一起的这个力，没有了它原子核内部带有正电荷的粒子就会互相排斥，四散而逃，也就是说这个强合作用力实际上要比电磁力要大很多，它才能把质子束缚在一起。但是呢，这种力的特点使它的有效范围非常的短，一旦两个质子的距离稍微大一点，这种力就不存在了。
这里你需要对这4种作用方式换一个角度来看待，大自然中一共有这4种作用力，我们就是把这4种作用力一个又一个把它发现出来。事实上不是这样的，在某种程度上，物理学和植物学有点像，我们目前不知道这些力为什么会存在，我们只是记载下来我们观察到的情况，然后把这些情况用4种相互作用方式给它归类，我们现在根本就不知道这4种力到底它是不是统一的一种作用方式，我们甚至不知道这4个力构成的列表是不是一个完整的列表，只能说是到目前为止，我们能用这4种力解释粒子物理中每一个实验的结果。
说完这4种相互作用力，我们就可以来说说暗物质了，首先暗物质有质量，所以它有引力，但是关于它的作用，能够确定的信息也就只有这些了，截止到目前，对暗物质的认知就是它不参与电磁作用，也不会反射或者发出光线，暗物质似乎也没有弱合力和强合力，也就是说，暗物质就是我们只能看到它和其他物质通过引力发生相互的作用，其他三种力它不具备，有质量的东西我们就把它叫“物质”。而暗物质我们看不到它，所以我们才把这种东西叫做“暗物质”。
暗物质有可能是由候选粒子“WIMP·弱相互作用的大质量粒子”组成的
对于整个宇宙的构成，只研究了最简单的5%，我们不能假装知道物质是由某种暗物质粒子构成的，我们也无法忽视这个比例高达27%的暗物质，直到现在世界上最聪明的大脑都还不知道暗物质到底是什么东西，我们知道它存在，知道它的大小，也知道它大概的位置，但我们就是不知道它有什么粒子构成的，我们甚至不知道它是不是用粒子构成的。正因为我们了解的物质占这个宇宙的比例还不到5%，所以其实我们是在用一种特殊的物质来推测整个宇宙的构成。
该怎么去推测暗物质呢？
科学界为了让对暗物质的研究取得进展，所以还是要有一些猜测，先有一些猜测，然后我们用现有的知识进行推论，最后还要设计一些实验进行测试，那你可能说暗物质说不定就是由一种我们未知的生物组成的，当然也可以这样想，但是它太难验证了，所以它在科学上不是首选项，一种比较简单和具体的想法就是，暗物质是由一种新型粒子构成，这种粒子我们还没有发现，它们以一种我们还不了解的作用力，非常微弱地和普通物质相互作用。
为什么猜测暗物质只包含一种新型的粒子，而不是5种、8种、12种呢？
这是因为这样最简单，这样的想法会优先得到检验，那如果猜暗物质由12种粒子构成，那要怎么去检验呢！所以只能先从最简单的假设开始，当然暗物质也完全有可能有好几种粒子组成，就像普通的物质一样，这些“暗粒子”可能有各种有趣的互相作用力，可能产生“暗化学反应”，没准还有“暗生命”的存在，目前这个猜想中的候选粒子被科学家称为“WIMP”，它是一长串英文单词的缩写，意思是：“弱相互作用的大质量粒子”。
“弱相互作用"就是猜测它通过一种新的“力”,和我们这种普通的物质发生作用，这种作用非常小，差不多就类似中微子和普通物质发生作用的这个级别。
怎么知道暗物质粒子是通过一种新型的“力”，而不是“已有的力”和普通物质发生作用呢？
其实科学界也不知道，只是科学家希望是这样的，因为已有的力解释不了“暗物质”，而一种新的力呢，有希望能探测到它，物理学家们设计了一些探测这个假设“暗物质”的一些实验，经典的策略就是：
第1个：将一个容器装满被压缩的低温惰性气体，容器四周全是探测器，一旦气体中一个原子被暗物质撞上，这个探测器就会响起警报，遗憾的是迄今为止这类实验还没有找到任何暗物质，一个粒子都没有找到，相关的设备要变得足够大，足够灵敏才能探测到暗物质粒子。
第2个：就是用高能粒子对撞机来制造暗物质，让普通的物质粒子拼命加速，然后互相对撞。这种对撞能把一种物质转换成其他的物质，在这种对撞里面，粒子并不是通过内部的重新排列，然后变成一个新的粒子，而是消灭了旧的物质，产生了新的物质，换句话说在对撞之前，很可能不知道我们在寻找什么，撞了之后呢，又可以造出几乎任何新的粒子来，现在最前沿的科学家，每天做的工作就是在高能强子对撞机里面不停地让粒子对撞，希望能撞出一种新的粒子，来帮助发现暗物质。
第3种：就是把望远镜对着认为暗物质高度集中的地方，其中离我们最近的就是银河系的中心，那里似乎有一个很大块的暗物质，这里有一个思路就是两个暗物质粒子很可能会随机碰撞，并且因此毁灭生成新的粒子，那这个新的粒子很可能就是普通的物质，如果这样的反应发生的足够频繁，那么通过这种对撞产生的普通物质粒子就会满足特别的能量和位置分布，通过望远镜来发现这个过程，当然目前也还没有成功。
结语·意义所在
目前所有发现和进步都没法解释宇宙的本质，而暗物质是一条非常重要的线索，但是暗物质甚至还没有出现在我们的宇宙数学和物理模型中，就更别提我们的教材里面了，这事想想还真的挺难受的，宇宙中有这么大量的东西，每天都在悄无声息的拉扯着我们的银河系，但我们连它们是什么都不知道。
如果暗物质用某种新的粒子构成，我们又能通过高能对撞机制造并且控制它，那会怎么样呢，如果在发现这个暗物质的过程中，我们发现了以前从来不知道的物理定律，甚至发现新的基本作用力，或者是这些基本作用力相互作用的新的方式，那会怎么样呢？如果我们在探索的过程中发现的这些新的作用力，新的粒子能够让我们以新的方式来控制目前这些常规的物质又会怎么样呢？这个其实就是基础研究给人类带来最大的好处。
目前我们只知道暗物质让我们这个宇宙继续在膨胀，除此之外我们对它是一无所知，说哥伦布发现新大陆，但是到今天，世界上所有大陆都已经被发现了，所有的小岛也都已经被命名了，这个时候你还会对探索地球上的新大陆感到兴奋吗？不会了，但是人类对宇宙的了解还远远没有走出自己所出生的这座小岛，你想想人类只是开发了这个宇宙5%的认知，人类就是刚刚开启一个全新的探索时代，一方面我们知道自己所知甚少，另一方面我们也正在建造一些了不起的新工具，比如大型的粒子对撞机，去揭示这个宇宙最深刻的秘密，很可能200年以后的人看我们现在的认知，就像我们现在看原始人一样想到这里，你会不会为我们的无知而感到高兴呢？
当我们追问暗物质是什么的时候，看起来没有什么意义，但是在我们刨根问底的过程中会发现一些意料之外的东西，比如说通过研究“相对论”我们搞出了GPS卫星导航，通过对“量子世界”的探究，我们又搞出来了互联网和手机，那搞清楚暗物质是什么，这个过程中我们能获得多少神奇的技术和知识啊。
#科学有真相##423头条知识节#
原文地址：今日头条 ,无意在网上看到这篇文章，深有同感。所以分享。 |
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发表于 2020-4-28 21:10:07
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