宇宙中究竟存不存在暗物质,暗物质究竟是什么物质?
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发布时间：2022-04-28 21:31
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时间：2022-06-23 07:06
看不见的暗物质-被公认为宇宙物质的主要组成部分
人们常说眼见为实、耳听为虚，但很多时候现实都无情地告诉我们，亲眼看到的东西也并不代表就是全面而真实的。比如，即便人类社会已经发展到如今这样看似发达的状态，我们可以通过很多探索仪器对地球之外的空间有更多了解。
但是，就人类目前能观测到宇宙物质而言，却只占据了这个庞大空间中的极小一部分(5%)，这其中就包括了大家都可以看到的满天繁星。也就是说，宇宙其实存在着可见和不可见的部分，而我们可以发现其存在的都称为可见宇宙。
事实上，不可见的宇宙物质才占据了宇宙的大部分空间(95%)，而至今都没见过其真面目的暗物质（85%），便是这些神秘的构成部分之一。暗物质这一种理论上存在的物质形态，虽然与其他任何一种我们已知的物质都有所不同，但却并不影响它被大多数科学家们公认为宇宙物质的主要组成部分。
暗物质是真的吗
简单来说，我们所知道的任何一种基本粒子都不是暗物质粒子，这也是为什么它的存在是在挑战粒子物理标准模型。我们可以通过它与引力之间的相互作用了解到，暗物质应该也具有质量这个属性，但每个暗物质的质量却难以确定。
与此同时，暗物质也基本上不会参与强相互作用和电磁相互作用。总是处于高度稳定状态的暗物质，可以在宇宙结构形成后的不同阶段找到其存在的证据。截至目前，虽然暗物质没有被科学家们直接观测到，但已有较多的证据可以说明，它的确广泛地存在于宇宙这个庞大的空间之中。
不管是可以作为研究暗物质的重要手段的星系团观测、对宇宙微波背景辐射各向异性的进行观测，还是大型计算机对宇宙演化大尺度结构的形成的模拟，都说明了宇宙中可见的物质总质量，远远低于宇宙质量的总和。并且，从宇宙总能量的这个角度来说，我们可以观测到的星际气体和天体，这些常规物质的总能量实际上只占据了4.9%左右。
虽然暗物质粒子跟常规物质的相互作用非常微弱，但这并不代表它永远都不可能被我们越来越精密的仪器探测到。在以后的时间里，我们可以通过探测器中的物质和暗物质粒子之间的相互作用，来“直接探测”暗物质粒子的存在；也可以“间接探测”暗物质在发生湮灭或衰变之后所释放出的普通物质信号；更能通过“加速器探测”的方式，寻找我们在粒子对撞机中在人为之下所产生的暗物质粒子。
暗物质从何而来
在充满了各种物质的复杂宇宙中，存在着许多大大小小的星系，而像我们银河系这样相对较大的星系，其周围通常都会存在一些围绕它运行得更小的星系。当科学家们在对这些特定的星系组合进行观测的时候发现，它们混乱的盘旋并不能用现有的模型来解释。
早在1922年的时候，天文科学家卡普坦就提出了星体周围应该存在一种我们无法看到的物质。1932年，研究人员在对银河系恒星的轨道速度进行测量的时候发现，该星系的质量无法解释这些星体所具备的特别快的移动速度。当时间来到90年代末，科学家维拉·鲁宾实现了对附近星系自转速率的测量。
并将其作为恒星和星系距离的函数，同时也将标准牛顿重力理论的预测值和实际的检测结果进行了对比。当恒星围绕母星系运行的时候，保持了近似圆形的运行轨道，而之所以恒星可以维持在这个特定的轨道上，则得益于重力的作用。再从牛顿方程预测来看，恒星如果无法确保因为重力而产生的力，刚好等于恒星沿着路径运动的力，便会直接坠入星系的中心、又或是飞入太空之中。
而在银河系中心附近，由于距离星系中心较远，以至于方程的两边无法进行很好的匹配。虽然，研究人员并没有对每个星系都进行这样的观测，但是，即便是存在一些细节上的不同的星系，对其观察到的本质相对而言却是普遍存在的。现有理论无法解释的现象说明了，如果不是我们还不了解惯性是怎么工作的、重力是怎么工作的，那就是这个方程式中的等号出错了。
于是，暗物质被提出来解释许多天文观测中难以解释的现象，比如那些疑似与牛顿万有引力相违背的现象。科学家们在结合了标准宇宙学模型和宇宙微波背景辐射观测之后，这种占据宇宙总能量密度26%左右、约占据宇宙总质量85%、不发出任何形式电磁辐射的暗物质，就这样通过宇宙间的引力效应间接推断出来了。
暗物质的未解之谜
我们对暗物质的了解还很有限，虽然，假设的弱相互作用粒子WIMP得到了很多人的支持，但科学家们至今依然无法确定它到底是什么。众所周知，普通物质都是由电子和质子这样的常见例子类型构成，而构成了宇宙物质85%的暗物质，是否也同样如此复杂却不得而知。
科学家们是在普通物质的引力相互作用中发现暗物质的，这在一定程度上说明了暗物质在宇宙中存在的主要途径应当也是如此。然而，想要在这个过程中了解到暗物质的真实本质，这却让我们所有研究人员都束手无策。而且，倘若暗物质粒子就是自身的反粒子，那么，这就说明了两个相遇的暗物质还会相互歼灭。
由于暗物质占据了宇宙空间物质的大部分，更远远超出了普通物质的体量，所以，我们一般都认为可能是暗物质在控制星系这种大型的组织结构。然而，关于暗物质的谜团实在是太多太多，而我们人类现在的探测技术又非常有限。简单来说，目前的暗物质还仅仅是一种理论上存在的物质，我们只能从一些有限的观测中推测出它的存在，而无法直接探测到它、以及揭示它的本质到底是什么。
