宇宙中的“暗物质”到底是什么？人类如何才能探测到暗物质

综述

早在以前，不管是东方还是西方，人类都处在比较落后的封建社会，科技还没有发展起来，理论知识的体系也未建立，也因此，人类只知神灵，不知科学与真理。

不同于古代中国皇家向来标榜自身即是天子，皇权即是天意，宗教在皇权之下战战兢兢的发展局面，西方的宗教势力日益壮大，甚至掌控了王权更替，深入参与了皇室纷争。

为了更好地宣扬宗教思想，“地心说”成为了西方主流的世界观，也就是人类所在的地球是宇宙的中心，这正好与宗教所宣传的说法——上帝创造了人类，还把人类放在了宇宙中心——有着极大的相似点。

在这个时候，哥白尼根据前人的观点，提出了“日心说”，也彻底推翻了固有观念下所谓的“世界体系”，认为太阳才是一切行星的中心，而地球只是围绕着太阳旋转的星球中的其中一个。

事实上，随着后来天文望远镜的发明，以及上个世纪60年代以来太空领域技术的发展，人类如今已经深切地明白了地球的渺小，了解了宇宙的无穷，甚至连太阳也只是银河系里几千万亿颗中的一个，就像是一片荒漠中的沙砾。

宇宙的秘密也非常多，其中的暗物质甚至直到目前为止也依然无法被人类直接观测到，只能通过间接的方式推测它们的存在，暗物质到底是什么呢？

暗物质的发现

实际上，在1915年爱因斯坦提出了广义相对论这一伟大发现的时候，他就据此推导出了引力方程式，得出了宇宙物质的平均密度，认为它们必须满足每立方厘米的质量为5×10^-30克，才能使得宇宙稳定运行。

其实他的引力方程式一开始就表现出了宇宙的膨胀变化，但爱因斯坦当时并不满意，因为他认为宇宙应该是恒定不变的，所以加入了宇宙常数。然而随后另外一位科学家发现宇宙的确是在不断地加速膨胀，爱因斯坦一开始的引力方程式并不算是错误。

后来通过观测数据，宇宙物质的密度还比爱因斯坦得出的平均密度数值还要小100倍，也因此1932年他与威廉·德西特共同发表了相关论文，认为宇宙当中存在着一种“看不见的不发光物质”。

但最早提出“暗物质”存在的可能性的并非是他们，而是一位叫做卡普坦的科学家，他在1922年就认为星体的附近很可能有着大量人类无法看见的物质。

1932年，荷兰科学家扬·奥尔特对太阳系的天体进行了研究，也表示银河系中或许具有非常多暗物质。

第二年，兹威基通过光谱红移观测宇宙中后发座星系团的运行速度变化进行了观测，发现该星系团的可见天体速度弥散度非常高，而按照它当时所观测到的星系质量，后发座星系团所具有的引力其实是很难将内部的星系留住的，甚至可见物质的质量只是占了星团的一小部分。

换句话说，星系团中会出现一些因为自身速度太快，从而超出了星系团自身引力的束缚，能够冲出该星系团，这就好比是人类制造飞船，就需要依靠火箭的冲击力，使得火箭具有能够冲突地球引力的速度，这样才能走出地球，来到太阳系之中。

但是后发座星系团的一些星体速度已经远超该星系团的逃逸速度，却依然在其中受困。

因此科学家兹威基认为，后发座星系团很有可能是因为有着大量的暗物质存在，甚至远远超过当前人类已经的星系质量的100倍。

1970年，科学家们利用当时光谱测量技术，对仙女座大星云进行了研究和分析，发现原来在宇宙当中，相当大的范围里星系外围的星体运动速度是保持不变的。

要知道原本科学家通过星系旋转曲线，认为可见天体的质量和距离中心的位置，再加上万有引力，得出了距离星系中心越远的天体，所旋转的速度自然也就越慢。

但是上面结论与实际情况并不一致，这也表明了宇宙暗物质或许并不只是存在于星系的核心区域，而是分布在各种地方，并且暗物质的质量也远远超过人类可见的星体加在一起的重量。

虽然现在人类仍旧无法直接找到暗物质的“真身”，但是科学家们发现了许多的证据，足以表明暗物质确实存在。除了上面的方法，科学家们还可以通过宇宙微波背景辐射、宇宙大尺度结构等等方式进行推导暗物质的存在。

暗物质是什么？

或许有人想问，暗物质到底是什么呢？它其实就是一种可能存在于宇宙里的物质，人类对暗物质也只是推测，它也只是一种理论。

有人认为，暗物质可能是一种“弱相互作用有质量的粒子”，但也有人表示暗物质就是由其他粒子所组成的，前者其实正是被许多人讨论广泛的暗物质的可能之一，很多科学家认为这种粒子有更大的可能性就是暗物质。

宇宙中的基本粒子之一——中微子虽然满足弱相互作用的条件，被叫做宇宙“隐形人”，科学家们找到它花了20多年，这样的属性看来几乎与暗物质非常相似，但它本身是在高速运动着的，甚至速度还接近于光速，与其说它是“暗物质”，不如说中微子是“热暗物质”，这一点又与暗物质不太相符。

然而在人类目前发现的所有粒子中，都完全没有既满足弱相互作用又满足拥有一定质量的条件的粒子，因此它可能是人类尚且还没有发现的，新型的粒子。

故此，暗物质到底是什么，因为没有确切的发现，我们也无法给出一个准确的答复，暗物质的组成部分也没有人能够知道。

目前而言，人类能够确定的是暗物质几乎占据了宇宙物质的26.8%，运动速度或许比光速慢很多，而且暗物质的组成部分应该是一种电中性的粒子。

根据推测，科学家们认为暗物质的属性应该有4点，其一就是弱相互作用，这也是因为暗物质无法被人类观测到，所以它应当既不会参与电磁相互作用，也会对光子“敬而远之”，也就使得人类现阶段主要的观测手段——光和电磁信号都无法获得暗物质的信号。

其二是因为暗物质本身也会参与到引力相互作用，比如之前我们所说的星系团中，人类观测到的天体质量远远无法支撑起如此广阔的星系团引力结构。

但是在暗物质的支持下，恒星稳定地旋转运行，正是因为暗物质与天体共同产生的引力影响。所以我们可以得出，暗物质其实是有质量的，只是我们并无法确认一个暗物质到底有多大的重量。

其三是暗物质属于非常稳定的物质，因为不管是星系、星系团、星系群、超星系团等等，一直到宇宙中最大的结构单位——宇宙大尺度网状结构复合体，这些宇宙结构中都存在着暗物质。

这也代表着暗物质从宇宙诞生开始或许就已经存在了，并在如此漫长的时间以来一直稳定地存在着。

其四也同样是因为宇宙的大尺度结构，如果暗物质要形成“宇宙网”的“骨架”，那么就必须要是“冷暗物质”，也就是说暗物质的运动速度需要比光速低很多，才能拥有足够的引力，架构起宇宙的大尺度框架。

人类探测暗物质手段

虽然人类目前为止，还未做到发现暗物质的任务，但是科学家们依旧在不断地观测宇宙，并进行相关的实验，争取能率先掀开暗物质的“真面目”。

因为宇宙中的可见物质其实只占了整个辽阔宇宙其中的极其微小的部分，更多的暗物质和暗能量还藏在“面纱”背后。

如果我们可以发现暗物质的存在，那么就可以通过研究暗物质，发现宇宙的起源到底是什么样子的，也可以发现宇宙结构的形成方式，甚至说不定可以将暗物质为人类所用，成为更加高效、更加强大的能量。

也因此，人类针对暗物质的属性，主要采用三种方式来观测暗物质。

第一种是根据暗物质本身是属于粒子，那么就算暗物质的相互作用再微弱，也有一定的可能会被仪器察觉观测，在地球上随时都会有大量的宇宙粒子穿过，则其中必然有暗物质粒子。

由于暗物质难以被发现，因此科学家为了最大程度屏蔽其他宇宙粒子的影响，将暗物质的探测器建立在了地下，并且设置了重重屏障，尽最大可能避免宇宙射线的干扰。

如果有暗物质粒子来到了屏障中心的探测器，其他的宇宙粒子都被阻挡在了各种“墙”的外面，当它撞击了探测器的原子核，科学家就可以监测到暗物质的存在，但是直到目前为止，这些实验还没有直接发现暗物质存在的确凿证据。

第二种也就是利用卫星或者空间站建造的探测器，通过收集宇宙的粒子，查找其中暗物质湮灭或者衰变后形成的基本粒子。

第三种方式则是通过高能粒子对撞机，利用人类的科技在实验室当中产生出暗物质粒子，从而监测暗物质的存在。

结论

人类的科技发展其实并不算是非常先进，或许我们还需要等待几十年，甚至是上百年的时间，未来总有一天我们会发现暗物质的。