什么是暗物质？

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暗物质是什么？
暗物质有什么作用？
暗物质在宇宙中有多少分量？
暗物质的结构有什么特点？
暗物质能转化成暗能量吗？
暗能量在宇宙中起什么作用？
什么是暗物质？
相信很多看过星际大片的小伙伴都对暗物质这个名号不陌生。
什么暗物质打击？
什么暗物质清理？
什么暗物质能源炮？
那到底什么才是暗物质，它又是怎么被发现的呢？
其实，暗物质这个东西在科学界还是个迷，倒不是说它存不存在，而是它存在的形似。
暗物质，是比电子和光子还要小的物质，不带电荷，不与电子发生干扰，能够穿越电磁波和引力场，是宇宙的重要组成部分。
为什么说暗物质是宇宙的重要组成部分呢？
是因为啊，在我们的宇宙之中，暗物质占据整个宇宙质量的百分之二十五，暗能量占据百分之六十，普通物质，就是我们平常所能看见的东西，仅仅占据百分之五，所以说，暗物质是组成宇宙的重要部分。
可能细心的小伙伴会问，这三种物质不是才组成了宇宙的百分之九十了嘛。
那剩下的百分之十是什么吗？
这个，不仅笔者不知道，科学家也不知道。宇宙的组成在整个科学界是一个究极话题，很难得出结论。要搞懂所有的物质组成，还是需要未来人类的努力。
说完了暗物质是什么，现在来说说人类是如何检测到它的？
不是说暗物质是比光子和电子都要小的东西吗？
那它是怎么被检测到的呢？
这来源于一场事故，是一场差点令传统物理学都面临崩坏的事故。有科学家在观察宇宙的时候，发现了一个奇怪的现象。星系是绕着星系中心旋转的星系：是由许多恒星和气体还有奇门八怪的物质组成的，银河系就是一座星系。
像我们小时候过年放的陀螺，四周的亮条在围绕着中心做圆周运动。
但在这个宇宙级陀螺旋转之中，科学家发现了一个怪事--外部的亮条跟靠近中心的亮条绕着中心旋转的速度都差不多！
就是这个微不足道的观察现象，引发了科学界的一场久久不能平息的风波。
为什么这个现象会引起这么大反应呢？
答案是--根据牛顿力学原理，恒星，也就是亮条，在围绕星系中心做圆周运动的速度，跟星系中心的质量和距离有关，按照万有引力定律--F=(G×M×M)/R。
也就是说，科学家测量出来的星系中心的质量是一定的，距离越远，恒星的旋转速度应该越慢！
但实际的观察结果却看似狠狠地扇了这个定理一个大嘴巴子。于是，科学家就开始对于牛顿力学，以及经典物理学的真实性产生怀疑。这也就是这场风波的来历。
但在后来，由科学家们提出的暗物质理论，结束了这场风波，牛顿力学没有错，观察结果也没有错，错就错在，科学家测量出来的星系质量中心是不一定的！
暗物质理论提出，在星系之中的组成之中，有着许许多多我们检测不到的暗物质存在，这些暗物质具有质量，使得靠星系中心稍远的恒星，能够做出跟靠近星系中心的恒星，差不多的圆周运动。
值得一提的是，暗物质到底是不是物质，还是个值得探索的性质，因为现在人们所能观测到的暗物质，是通过引力透镜观察到的。
引力透镜不能观察到暗物质的真实面貌，只是能看到他们所处的位置。
因为根据爱因斯坦的广义相对论，具有大质量的物体，会压弯空间，使得光线发生扭曲～像黑洞。
在宇宙中暗物质大范围聚集的地方，就会发生这种现象--光线扭曲，我们可以通过引力透镜捕捉到发生扭曲的位置，但看不到它的真实面貌。
也就是说--暗物质到底是个啥？
科学家对暗物质的认识可以追溯到20世纪30年代初。1933年，瑞士天文学家兹威基在估算后发座星系团的总质量时，使用了两种不同的方法：光度法和动力学法。
结果用动力学方法算得的质量要比用光度法算得的质量大400倍！如此巨大的误差只能有一个解释：发光星体的质量只是星系团质量的一小部分，还有很大一部分质量不知哪里去了。于是他把这叫作“短缺质量”。
当时这一发现并未引起重视，直到1978年，一些射电天文学家在系统测量旋涡星系的转动曲线时，发现离星系中心不同距离处的物体具有相同的线速度。
这个观察结果与人们熟悉的太阳系的情况完全相悖。在太阳系里离中心越远的行星，线速度越小。这是著名的开普勒定律告诉我们的。
而同样受万有引力作用产生的星系周围物体的运动也应该遵循开普勒定律！为此，有科学家提出，只有假设在星系的周围还存在着暗物质，那么观察到的星系运动才能与开普勒定律的计算结果相吻合。
由此，在星系的发光物体以外，必定还有大量看不见的暗物质的观念逐步为人们所接受。在这种观点指导下，科学家又发现了存在暗物质的许多证据。例如1983年发现距银河中心20万光年的R15星，视向速度达465米/秒。
要产生如此大的速度，银河系的总质量至少要比发光区的质量大10倍才行。
另外，科学家在对宇宙起源的理论研究中，也确实感到应该有暗物质的存在，才能使他们的理论自圆其说。
那么，暗物质究竟是什么呢？
对此，科学家有过许多猜想：有人说暗物质是弥散在宇宙空间里的气体，也有人说它是宇宙里的尘埃，还有人猜它是已经变暗的“死星”，甚至可能是黑洞。这些猜想虽然都事出有因，但缺乏有力的证据，未能得到学术界的认同。
在暗物质的众多候选者之中，中微子却最受到人们的青睐。因为它是宇宙之中已知确实存在，而且数量极多的一类粒子。
特别是1980年，苏联理论与实验物理研究所宣布了中微子的静止质量可能不等于零后，给人们对中微子与暗物质之间的关系带来了丰富的想像空间。
由于中微子数量极多，即使它的静止质量很微小，其总质量仍然相当可观。此外，大多数中微子不发光，只有很弱的电磁作用，等等，这些性质使它都很像是暗物质。
当然，粒子物理学家还预言了一批新粒子来作为暗物质的候选者，如引力微子、光微子、胶微子、Z微子等，可惜这些假设的新粒子至今一个也没有找到。
人们把能推动宇宙加速膨胀的、不可被观测或检测到的物质称作暗物质；将其具备的作用称之为“暗能量”。“暗物质”是当今科学界最大的谜团之一。当前科学界对暗能量的定义为驱动宇宙运动的一种能量。并认为暗能量和暗物质一样，都不会吸收、反射或者辐射光，所以人类无法直接使用现有的技术对它们进行观测。因为它们的神秘性，所以，哲学爱好者称其为“精神、意识、意念”；普通人则干脆将其叫做“神灵、灵魂、精灵”。天文和宇宙学家已经证明：暗能量存在的可能性已达99.996% 。

暗能量
关于暗物质暗能量探测
目前宇宙学和物理学中最紧迫的问题之一，就是对暗物质和暗能量的探测和研究。这已经被定位为未来几十年天文学研究的重中之重。据宇宙天文学家推测，在可观测宇宙的质量中，暗物质占25%（一说27%），暗能量占70%（一说68%），两者已成为宇宙中最重要的成分。而通常所观测到的普通物质，只占宇宙质量的5%（一说4%）。目前，站在探测和研究暗能量和暗物质工程前沿的，是丁肇中教授领导的团队。据信，这一研究和探测，在近几年内很可能取得突破性进展。

丁肇中
关于宇宙常数
暗能量与暗物质这两个概念至今仍然只是猜想。这个猜想的起源，最早可以追溯到爱因斯坦的广义相对论。因为之前爱因斯坦的宇宙是静止的。而根据广义相对论推导出的一组引力方程式计算的结果，却都预示着宇宙是永恒运动的。为维持自己的静态宇宙，爱因斯坦给引力方程式又加了一个项，使其计算结果仍然预示是静态的。这个被额外加上的项，就是有名的宇宙常数。至于这个宇宙常数后来又被赋予暗能量的含义，爱因斯坦却没有想到。

阿尔伯特.爱因斯坦
关于宇宙的加速膨胀
尽管爱因斯坦在哈勃望远镜前看到宇宙确实是在不断膨胀时，曾经说：“引入宇宙常数是我这一生所犯的最大错误！”但让人们真正认识到宇宙常数价值的，是在科学家发现宇宙正在速膨胀这个事实之后。
如果解释宇宙为什么会膨胀，可以用“大爆炸宇宙论”搪塞的话，而对宇宙为什么又会“加速膨胀”，单纯用宇宙大爆炸是无论如何也搪塞不过去的。因为宇宙要加速膨胀，必须要有其它的能量。这是无法否定的事实。在没有捉住这个额外能量之前，科学家只能将其暂名为暗能量。

加速膨胀的宇宙
暗能量并不简单
暗能量猜想虽然因宇宙加速膨胀而起。但事情远没有人们想象的那么简单。我们的常识是，无论飞机或火箭，当燃料用尽时，飞机早已返；火箭或者回收或者坠毁。事情终究可控。但有一天，当看到发射升空的火箭，燃料用尽后不但仍然继续飞行，而且还加速而去。这种情况，会不会让人一脸懵逼？
谁敢说，暗能量不是在替宇宙的膨胀背锅？
这，难道是套路么？
对于暗能量，科学家们已经说的太多。但是对它知道的，却又太少、太少。
我们仍旧搞不清楚，只是知道它的存在，然后能推测出它的基本性质而已。要真正接触到它，仍需要时间和来自科学家们的努力。

王建新1

科学家发现，如果仅仅考虑银河系中可见物质的质量，银河系是不可能形成一个整体的，因为引力太弱了，不足以把银河系内的众多恒星凝聚成一个整体，会变成一盘散沙，但是这种情况并没有发生，所以科学家设想宇宙中存在一种肉眼无法看见的物质，它不参与电磁力与核力，只有引力的作用，这就是暗物质。暗物质提供了额外的引力，像胶水一样联系起了银河系内部的结构。暗物质密度很低但是广泛存在，在宇宙中的能量占比为23%，要知道肉眼可见的物质质量只占不到5%。
要注意区分暗物质和暗能量，经常有人混淆。话说我看过一部美国纪录片，原文是dark energy，也就是暗能量，但是中文字幕是暗物质。按照大爆炸理论，宇宙在膨胀，而且按照常理，膨胀速度应该越来越慢，这是因为有合力指向中心的引力，但实际发现宇宙反而在加速膨胀。所以科学家就设想存在一种看不见的能量使宇宙加速膨胀，起着一种反引力的作用，并命名为暗能量。
暗物质和暗能量目前都没有被证实，所以只是一种合理的猜想（最近在UFO中文网上看到篇新闻说中国的科学家在暗物质研究领域实现了进展)
还有一种特殊的物质是反物质，也有人有疑惑，反物质是说两种粒子电性相反，其他属性都一样，比如带负电的质子和带正电的电子，都是反物质。有一种马拉约纳波色子，它的反物质就是它本身，比如说光子。关于波色子和费米子，不了解的自己百度吧，再说要偏题了（而且手机打字手也累了）
图片是仙女座星系，离我们最近的河外星系，比银河系大很多。

大脚吴妈

暗物质出来仍然没把大爆理论这个“新衣”，“穿皇帝身上”，却把一群“鬼”引出来！
         现在全世界大小和尚、老道、修女、阿訇，外加各种邪教徒，全借着这个“幡”----平行世界、高维宇宙，把西方极乐世界和阎王殿，从“粪坑”里挖了出来！
         宇宙中的物质先是聚集成星云密度的物质拓扑体系，这个过程按“牛万定理”定量计算，可能要几百亿年，完全打炸论教主的“脸”，所以就假设宇宙中存在暗物质。这个暗物质纯粹就是“增稠剂”，增加时空中物质聚集的“粘度”。
         目前，科学界为增加时空的“粘度”，“乱枪打瞎鸟”！这个暗物质，看不见，摸不着，只有似是而非的引力效应；没有电磁相互作用，不放出光子；有引力效应，应该有质量，但却没质量效应，比明物质多4倍，但仍然没感觉到太空有太大“摩擦力”----对星球和宇宙飞船没太大阻力效应。首先，仅有所谓引力效应而没电磁作用，没光子放出，这就没有物质相作用信息“使者”或载体。其次，暗物质与明物质，仅有引力效应，是没法把暗物与明物质“沟通”，它们没法相互联系、相互作用、相互转换。再次，暗物质有引力效应，就应该有质量，有质量效应，有“碰撞”效应，有“摩擦力”，而现在给出的暗物质就是“幽灵”物质，与明物质根本就没法相互作用。
         实际上是人们根本就还没搞清楚，物质与时空不可分离，它们之间是怎么“相互作用”的，仅仅是通过广义相对论，大概其知道物质“扭曲”时空，其“扭曲”机制，根本不知道。

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暗物质从字面上就可理解，是宇宙中一种无法释放出电磁波的物质，因而不能用我们的眼睛以及几乎一切科学仪器直接观察到的物质。请注意，这里用了一个词“几乎”，因为随着引力波的发现，未来或许我们可以通过引力波来探测暗物质。
那么暗物质究竟是什么呢？很遗憾，现在还没有人知道，只知道它存在于各大星系中，维持着我们的星系不至于因为旋转过快而把一颗颗恒星都甩出去。因为暗物质在宇宙中被认为占据了26.8%的份额，是组成我们的正常物质的5倍以上，其引力将星系边缘的恒星拖拽住，不会像砂轮上的火星一样飞溅出去。或者也可以说，暗物质就像星系物质在四维时空中的影子，虽然我们看不见，但它确实存在，和我们自己的影子不同的是，这个影子比它主人的质量还大得多。当然这只是一个比喻，可能有助于你理解星系种的暗物质，实际并非如此。

那么暗物质究竟是由什么组成的呢？候选者主要有大质量弱相互作用粒子，一种存在于我们周围却与正常物质作用及其微弱的粒子，所以从来没有被探测到过；一种是理论物理学家提出的轴子；惰性中微子也是候选者之一；甚至台湾科学家还推导出是一种叫Ψ暗物质的极轻型粒子，这种粒子质量为电子的10^-28倍，密度为液态水的100万倍，波长则达到1000光年，相信没多少人能理解这个反人类智力的东东。
随着引力波探测器探测到第四对黑洞发出的引力波，科学家们认为宇宙中黑洞合并的现象可能比想象中要多得多，这就意味着宇宙中的黑洞可能也比目前想象的要多得多，因而有人已经开始重新研究，会不会黑洞就是我们宇宙中的暗物质呢？众里寻它千百度，蓦然回首，暗物质却在黑洞深处！会是这样吗？让我们拭目以待。

芊芊551

从物理学的角度来看，我们能看到东西，是因为眼睛感受到了电磁波，我们能摸到东西，是因为我们的手感受到了电磁力，如此等等，而这些现象，归根结底都是物质之间在发生互相作用时产生的。

但在我们所处的宇宙中，却有一种几乎不会与任何物质发生相互作用的物质，这就是我们常听到的“暗物质”。

暗物质这个词来自英文“Dark matter”，其字面上的意思为“黑暗的物质”。但不能这样简单地理解，根据暗物质的奇特性质，我们应该比较准确地将其定义为：暗物质是真是存在，但是我们又感知不到的物质。

也许有人要问，既然我们感知不到暗物质，那么科学家们又是怎么知道它们的存在呢？答案就是，暗物质虽然不与其他物质发生相互作用，但是它们会产生引力。

在四大基本力中，虽然引力的强度远远小于其他三种力，但是引力是长程力，并且可以无限叠加，因此在非常宏观的层面上，引力就可以显得异常强大，甚至可以将光线扭曲。

当遥远的星光在经过某个强引力场的时候，光线就会出现明显的扭曲，在合适的观测点，就可以观测到更多的星光，这就是“引力透镜效应”。通过对“引力透镜效应”的观测，就可以间接地计算出，在很大的尺度下，宇宙空间中的暗物质的分布情况。

正是通过这种方法，科学家们发现了在37亿光年外，宇宙中上演了一出大戏，主角就是神秘的暗物质。

上图为37亿光年外的一个星系团，它形成于两个星系团的碰撞。在38.5亿年前，一个星系团以大约每秒钟2800公里的速度，通过了另一个星系团的中心，并在其右侧形成了一个类似子弹头的激波。因此，科学家将这个新形成的星系团命名为“子弹星系团”。

根据直接观测到的数据，以及利用“引力透镜效应”计算出的引力源分布，科学家描绘出了子弹星系团的后期合成图，如下图所示。

图中红色的部分表示直接观测到的各种辐射（主要是X射线），蓝色的部分表示暗物质。我们可以清楚地看到，在激烈的碰撞过程中，这两个星系团的普通物质发生了相互作用，并产生了大量的辐射，而与之形成鲜明对比的是，这两个星系团中暗物质却毫发无损地穿过了彼此。

科学家认为，宇宙中上演的这出大戏，是迄今为止有关暗物质的最好证据，它非常清晰地向我们展示了，在激烈的碰撞下，暗物质与普通物质分离的壮观场景。

需要指出的是，宇宙中的暗物质差不多是普通物质的5倍，而更加神秘的暗能量，却占了宇宙的73%。由此可见，我们人类对宇宙的探索之路，还有多么的漫长。
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