暗物质是什么？

everloses

引用自 暗物质是什么？暗物质的发现有什么意义？

我们常常说世界是由原子组成的。无论是银河系里的恒星，还是有智慧的人类概莫能外。

现代科学将原子细分为多种不同类型的基本粒子，然后又根据它们的基本相互作用类型进行分类。

我们在物理课上学到的弹性力、摩擦力、压力、支持力等等，在原子或亚原子的层面上，都是通过电磁相互作用实现的。这就是其中一种基本相互作用。除此之外，还有强相互作用（负责束缚原子核中的中子、质子等），弱相互作用（负责放射性衰变等），引力相互作用（如果引力理论最终能够结合量子力学的话）。

也就是说，物理学家眼中的世界是基本粒子+基本相互作用。假如世界上有一种新的未知现象，物理学家首先会想到在已知的模型中寻找对应解释。如果实在找不到，就想办法对已有的理论修修补补，以期能解释新的发现。

暗物质的概念就是这样来的。首先，天文学家发现许多星系中都存在额外的看不见的引力源。其次，宇宙学家把宇宙的膨胀速度的大小，跟所有观测到的星系、尘埃、辐射等等物质的总质量放进广义相对论方程里比较。结果发现宇宙的总质量应该远远大于已知物质的总质量。第三，物理学家曾经在计算机中模拟一团原始物质在引力和宇宙膨胀的共同作用下，逐渐聚集成星系的过程。如果假设宇宙中不存在额外的物质，那么模拟结果就和实际的观测对不上。如果假设存在一种大质量的粒子，只参与弱相互作用和引力，不参与其它相互作用的话，并且占宇宙的总质量的比例大概在20%多时，模拟结果就比较理想了。

种种未知现象都迫使天文学家和物理学家提出，宇宙中存在一种”暗物质“。主流观点认为，暗物质是一种大质量、弱相互作用粒子，简称为WIMP。这种粒子不是某类具体的粒子，而是一个总称。满足这个要求的候选粒子不止一种。

我记得暗物质的特点是在星系中呈球状分布，而不像原子物质聚集成一个盘。所以，地球附近的暗物质的总质量不会对我们产生影响（否则在牛顿时期就会发现了）。暗物质对于理解宇宙的形成、演化，对于完善物理学基本理论都有重要意义。毕竟，宇宙一词不但包括我们看得见的那一小部分，还得包括我们看不见的那一大部分。

爱上阿南

并不知道以上回答都在说些什么，所以就来按照现阶段我自己的理解来怒答。

就像我一个同学@李先生【这id太多召唤不出来醉了】最近极力吹捧的“实验物理”的概念，暗物质并不是多么奇妙的东西。只是由于现在的观测数据和理论推导之间出现了不可解释的差距，只好假设存在这么一些我们无法通过现有手段观测到的物质，美名其曰“暗物质”

首先我们假设银河系为天体和宇宙空间的组合，空间中几乎均匀弥漫着恒星【这里的均匀大约是在秒差距的三次方的空间内有一颗恒星的数量级大小】。然后通过牛顿的公式可以求得距离银心(银河系中心)为R【R在核球内部】处天体的相对银心运动速度满足

即v正比于R。

当一个天体在核球外部时，忽略银盘的质量影响，可以求得

即速度正比于R的负二分之一次方。

然后我们再通过实际的观测得到这些天体是运行速度，将其作图拟合曲线，再和我们的理论进行对比，结果如下图

【图片来自徐仁新教授《天体物理导论》实拍，图片正不过来了。。。】

我们可以发现，按照我们的理论计算结果，在核球以外的恒星的速度应该是成负二分之一次方递减的，然而测得的数据表明，在核球外仍然存在越远运行速度越大的情况，这种差别是如此之大，甚至我们考虑了其中的星际介质的影响也依然相差甚远。

所以很多科学家提出在星系的内部，尤其在星晕内，存在着大量的不发光（或发光效率极低）物质，这类物质被称为暗物质。

暗物质的存在好像最近又有新的证明了，如是这样，那么这就当作一个暗物质概念提出的缘由来看好了。

大致如此

补图一张

522008

暗物质（Dark Matter）是一种比电子和光子还要小的物质，不带电荷，不与电子发作搅扰，可以穿越电磁波和引力场，是世界的重要组成部分。暗物质的密度十分小，可是数量庞大，因而它的总质量很大，它们代表了世界中84.5%的物质含量，其间人类可见的只占世界总物质量的10%不到（约5%）。暗物质无法直接观测得到，但它能搅扰星体宣布的光波或引力，其存在能被明显地感受到。暗物质存在的最早依据来源于对球状星系旋转速度的观测。现代地理学经过引力透镜、世界中大规范结构构成、地理观测和胀大世界论研究标明：世界的密度可能由约70%的暗能量，5%的发光和不发光物体，5%的热暗物质和20%的冷暗物质组成。在物理世界学中，暗能量是一种充溢空间的、添加世界胀大速度的难以发觉的能量形式。暗能量假说是当今对世界加快胀大的观测成果的解释中最为盛行的一种。在世界规范模型中，暗能量占有世界68.3%的质能。暗能量和暗物质是一种不可见的、能推进世界运动的能量，世界中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量与万有引力来推进的。依据“普朗克”探测器搜集的数据，科学家对世界的组成部分有了新的认识，世界中普通物质和暗物质的比例高于此前假定(30%)，而暗能量这股被认为是导致世界加快胀大的奥秘力气则比幻想中少，占73%。 暗能量是世界学研究的一个里程碑性的重大成果。支撑暗能量的首要依据有两个。一是对遥远的超新星所进行的大量观测标明，世界在加快胀大。依照爱因斯坦引力场方程，加快胀大的现象推论出世界中存在着压强为负的“暗能量”。

donaldjackie

感觉不专业来说就是看不到摸不着没有任何手段能证明在那的东西。

大豆农民

首先是严肃部分，暗物质一般是指弱相互作用粒子，当然广义上来说看不到的比如星际间的黑暗区域微尘或者流浪行星都算（你看不到），目前普遍认为就是很难和其他的粒子发生作用的一些存在，只通过引力和其他物质相互影响。
接下来是脑洞部分，娱乐内容，欢迎纠错，但别较真：强排斥粒子，在几百米乃至几光年距离内会强烈互相排斥的粒子，所以极度稀薄但是在星际尺度又可以呈现聚集（以云的形式）。因为稀薄所以几乎无法和宏观物质发生显著的相互影响，因为分散所以很难检测，比如整个地球尺度就一个该粒子或者更本就没有，并且很稳定和其他的同类粒子在引力和排斥力下构成一个巨大的星系尺度的稳定云状群落。其实这个脑洞可以被打脸的比如星系碰撞的时候如果暗物质斥力存在应该是有可能观察出来的。 带质量的虚空涟漪，长波长粒子或者无波长粒子，普通的物质有波粒二象性其中有些波的性质更明显而有些粒子性质更明显，而暗物质可能就是极端的波性或者极端粒子性的物质。（知乎是一个很严谨的地方，对于脑洞好部分大家看看娱乐一下就好，反正科学家目前也不确定暗物质的特性，我们科幻爱好者脑洞一下的好东西）。