綜述

早在以前，不管是東方還是西方，人類都處在比較落后的封建社會(huì)，科技還沒有發(fā)展起來(lái)，理論知識(shí)的體系也未建立，也因此，人類只知神靈，不知科學(xué)與真理。

不同于古代中國(guó)皇家向來(lái)標(biāo)榜自身即是天子，皇權(quán)即是天意，宗教在皇權(quán)之下戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢的發(fā)展局面，西方的宗教勢(shì)力日益壯大，甚至掌控了王權(quán)更替，深入?yún)⑴c了皇室紛爭(zhēng)。

為了更好地宣揚(yáng)宗教思想，“地心說(shuō)”成為了西方主流的世界觀，也就是人類所在的地球是宇宙的中心，這正好與宗教所宣傳的說(shuō)法——上帝創(chuàng)造了人類，還把人類放在了宇宙中心——有著極大的相似點(diǎn)。

在這個(gè)時(shí)候，哥白尼根據(jù)前人的觀點(diǎn)，提出了“日心說(shuō)”，也徹底推翻了固有觀念下所謂的“世界體系”，認(rèn)為太陽(yáng)才是一切行星的中心，而地球只是圍繞著太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的星球中的其中一個(gè)。

事實(shí)上，隨著后來(lái)天文望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明，以及上個(gè)世紀(jì)60年代以來(lái)太空領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，人類如今已經(jīng)深切地明白了地球的渺小，了解了宇宙的無(wú)窮，甚至連太陽(yáng)也只是銀河系里幾千萬(wàn)億顆中的一個(gè)，就像是一片荒漠中的沙礫。

宇宙的秘密也非常多，其中的暗物質(zhì)甚至直到目前為止也依然無(wú)法被人類直接觀測(cè)到，只能通過(guò)間接的方式推測(cè)它們的存在，暗物質(zhì)到底是什么呢？

暗物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)

實(shí)際上，在1915年愛因斯坦提出了廣義相對(duì)論這一偉大發(fā)現(xiàn)的時(shí)候，他就據(jù)此推導(dǎo)出了引力方程式，得出了宇宙物質(zhì)的平均密度，認(rèn)為它們必須滿足每立方厘米的質(zhì)量為5×10^-30克，才能使得宇宙穩(wěn)定運(yùn)行。

其實(shí)他的引力方程式一開始就表現(xiàn)出了宇宙的膨脹變化，但愛因斯坦當(dāng)時(shí)并不滿意，因?yàn)樗J(rèn)為宇宙應(yīng)該是恒定不變的，所以加入了宇宙常數(shù)。然而隨后另外一位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙的確是在不斷地加速膨脹，愛因斯坦一開始的引力方程式并不算是錯(cuò)誤。

后來(lái)通過(guò)觀測(cè)數(shù)據(jù)，宇宙物質(zhì)的密度還比愛因斯坦得出的平均密度數(shù)值還要小100倍，也因此1932年他與威廉·德西特共同發(fā)表了相關(guān)論文，認(rèn)為宇宙當(dāng)中存在著一種“看不見的不發(fā)光物質(zhì)”。

但最早提出“暗物質(zhì)”存在的可能性的并非是他們，而是一位叫做卡普坦的科學(xué)家，他在1922年就認(rèn)為星體的附近很可能有著大量人類無(wú)法看見的物質(zhì)。

1932年，荷蘭科學(xué)家揚(yáng)·奧爾特對(duì)太陽(yáng)系的天體進(jìn)行了研究，也表示銀河系中或許具有非常多暗物質(zhì)。

第二年，茲威基通過(guò)光譜紅移觀測(cè)宇宙中后發(fā)座星系團(tuán)的運(yùn)行速度變化進(jìn)行了觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)該星系團(tuán)的可見天體速度彌散度非常高，而按照它當(dāng)時(shí)所觀測(cè)到的星系質(zhì)量，后發(fā)座星系團(tuán)所具有的引力其實(shí)是很難將內(nèi)部的星系留住的，甚至可見物質(zhì)的質(zhì)量只是占了星團(tuán)的一小部分。

換句話說(shuō)，星系團(tuán)中會(huì)出現(xiàn)一些因?yàn)樽陨硭俣忍?，從而超出了星系團(tuán)自身引力的束縛，能夠沖出該星系團(tuán)，這就好比是人類制造飛船，就需要依靠火箭的沖擊力，使得火箭具有能夠沖突地球引力的速度，這樣才能走出地球，來(lái)到太陽(yáng)系之中。

但是后發(fā)座星系團(tuán)的一些星體速度已經(jīng)遠(yuǎn)超該星系團(tuán)的逃逸速度，卻依然在其中受困。

因此科學(xué)家茲威基認(rèn)為，后發(fā)座星系團(tuán)很有可能是因?yàn)橛兄罅康陌滴镔|(zhì)存在，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)前人類已經(jīng)的星系質(zhì)量的100倍。

1970年，科學(xué)家們利用當(dāng)時(shí)光譜測(cè)量技術(shù)，對(duì)仙女座大星云進(jìn)行了研究和分析，發(fā)現(xiàn)原來(lái)在宇宙當(dāng)中，相當(dāng)大的范圍里星系外圍的星體運(yùn)動(dòng)速度是保持不變的。

要知道原本科學(xué)家通過(guò)星系旋轉(zhuǎn)曲線，認(rèn)為可見天體的質(zhì)量和距離中心的位置，再加上萬(wàn)有引力，得出了距離星系中心越遠(yuǎn)的天體，所旋轉(zhuǎn)的速度自然也就越慢。

但是上面結(jié)論與實(shí)際情況并不一致，這也表明了宇宙暗物質(zhì)或許并不只是存在于星系的核心區(qū)域，而是分布在各種地方，并且暗物質(zhì)的質(zhì)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人類可見的星體加在一起的重量。

雖然現(xiàn)在人類仍舊無(wú)法直接找到暗物質(zhì)的“真身”，但是科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了許多的證據(jù)，足以表明暗物質(zhì)確實(shí)存在。除了上面的方法，科學(xué)家們還可以通過(guò)宇宙微波背景輻射、宇宙大尺度結(jié)構(gòu)等等方式進(jìn)行推導(dǎo)暗物質(zhì)的存在。

暗物質(zhì)是什么？

或許有人想問(wèn)，暗物質(zhì)到底是什么呢？它其實(shí)就是一種可能存在于宇宙里的物質(zhì)，人類對(duì)暗物質(zhì)也只是推測(cè)，它也只是一種理論。

有人認(rèn)為，暗物質(zhì)可能是一種“弱相互作用有質(zhì)量的粒子”，但也有人表示暗物質(zhì)就是由其他粒子所組成的，前者其實(shí)正是被許多人討論廣泛的暗物質(zhì)的可能之一，很多科學(xué)家認(rèn)為這種粒子有更大的可能性就是暗物質(zhì)。

宇宙中的基本粒子之一——中微子雖然滿足弱相互作用的條件，被叫做宇宙“隱形人”，科學(xué)家們找到它花了20多年，這樣的屬性看來(lái)幾乎與暗物質(zhì)非常相似，但它本身是在高速運(yùn)動(dòng)著的，甚至速度還接近于光速，與其說(shuō)它是“暗物質(zhì)”，不如說(shuō)中微子是“熱暗物質(zhì)”，這一點(diǎn)又與暗物質(zhì)不太相符。

然而在人類目前發(fā)現(xiàn)的所有粒子中，都完全沒有既滿足弱相互作用又滿足擁有一定質(zhì)量的條件的粒子，因此它可能是人類尚且還沒有發(fā)現(xiàn)的，新型的粒子。

故此，暗物質(zhì)到底是什么，因?yàn)闆]有確切的發(fā)現(xiàn)，我們也無(wú)法給出一個(gè)準(zhǔn)確的答復(fù)，暗物質(zhì)的組成部分也沒有人能夠知道。

目前而言，人類能夠確定的是暗物質(zhì)幾乎占據(jù)了宇宙物質(zhì)的26.8%，運(yùn)動(dòng)速度或許比光速慢很多，而且暗物質(zhì)的組成部分應(yīng)該是一種電中性的粒子。

根據(jù)推測(cè)，科學(xué)家們認(rèn)為暗物質(zhì)的屬性應(yīng)該有4點(diǎn)，其一就是弱相互作用，這也是因?yàn)榘滴镔|(zhì)無(wú)法被人類觀測(cè)到，所以它應(yīng)當(dāng)既不會(huì)參與電磁相互作用，也會(huì)對(duì)光子“敬而遠(yuǎn)之”，也就使得人類現(xiàn)階段主要的觀測(cè)手段——光和電磁信號(hào)都無(wú)法獲得暗物質(zhì)的信號(hào)。

其二是因?yàn)榘滴镔|(zhì)本身也會(huì)參與到引力相互作用，比如之前我們所說(shuō)的星系團(tuán)中，人類觀測(cè)到的天體質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法支撐起如此廣闊的星系團(tuán)引力結(jié)構(gòu)。

但是在暗物質(zhì)的支持下，恒星穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，正是因?yàn)榘滴镔|(zhì)與天體共同產(chǎn)生的引力影響。所以我們可以得出，暗物質(zhì)其實(shí)是有質(zhì)量的，只是我們并無(wú)法確認(rèn)一個(gè)暗物質(zhì)到底有多大的重量。

其三是暗物質(zhì)屬于非常穩(wěn)定的物質(zhì)，因?yàn)椴还苁切窍?、星系團(tuán)、星系群、超星系團(tuán)等等，一直到宇宙中最大的結(jié)構(gòu)單位——宇宙大尺度網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)復(fù)合體，這些宇宙結(jié)構(gòu)中都存在著暗物質(zhì)。

這也代表著暗物質(zhì)從宇宙誕生開始或許就已經(jīng)存在了，并在如此漫長(zhǎng)的時(shí)間以來(lái)一直穩(wěn)定地存在著。

其四也同樣是因?yàn)橛钪娴拇蟪叨冉Y(jié)構(gòu)，如果暗物質(zhì)要形成“宇宙網(wǎng)”的“骨架”，那么就必須要是“冷暗物質(zhì)”，也就是說(shuō)暗物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度需要比光速低很多，才能擁有足夠的引力，架構(gòu)起宇宙的大尺度框架。

人類探測(cè)暗物質(zhì)手段

雖然人類目前為止，還未做到發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的任務(wù)，但是科學(xué)家們依舊在不斷地觀測(cè)宇宙，并進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，爭(zhēng)取能率先掀開暗物質(zhì)的“真面目”。

因?yàn)橛钪嬷械目梢娢镔|(zhì)其實(shí)只占了整個(gè)遼闊宇宙其中的極其微小的部分，更多的暗物質(zhì)和暗能量還藏在“面紗”背后。

如果我們可以發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的存在，那么就可以通過(guò)研究暗物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)宇宙的起源到底是什么樣子的，也可以發(fā)現(xiàn)宇宙結(jié)構(gòu)的形成方式，甚至說(shuō)不定可以將暗物質(zhì)為人類所用，成為更加高效、更加強(qiáng)大的能量。

也因此，人類針對(duì)暗物質(zhì)的屬性，主要采用三種方式來(lái)觀測(cè)暗物質(zhì)。

第一種是根據(jù)暗物質(zhì)本身是屬于粒子，那么就算暗物質(zhì)的相互作用再微弱，也有一定的可能會(huì)被儀器察覺觀測(cè)，在地球上隨時(shí)都會(huì)有大量的宇宙粒子穿過(guò)，則其中必然有暗物質(zhì)粒子。

由于暗物質(zhì)難以被發(fā)現(xiàn)，因此科學(xué)家為了最大程度屏蔽其他宇宙粒子的影響，將暗物質(zhì)的探測(cè)器建立在了地下，并且設(shè)置了重重屏障，盡最大可能避免宇宙射線的干擾。

如果有暗物質(zhì)粒子來(lái)到了屏障中心的探測(cè)器，其他的宇宙粒子都被阻擋在了各種“墻”的外面，當(dāng)它撞擊了探測(cè)器的原子核，科學(xué)家就可以監(jiān)測(cè)到暗物質(zhì)的存在，但是直到目前為止，這些實(shí)驗(yàn)還沒有直接發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)存在的確鑿證據(jù)。

第二種也就是利用衛(wèi)星或者空間站建造的探測(cè)器，通過(guò)收集宇宙的粒子，查找其中暗物質(zhì)湮滅或者衰變后形成的基本粒子。

第三種方式則是通過(guò)高能粒子對(duì)撞機(jī)，利用人類的科技在實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中產(chǎn)生出暗物質(zhì)粒子，從而監(jiān)測(cè)暗物質(zhì)的存在。

結(jié)論

人類的科技發(fā)展其實(shí)并不算是非常先進(jìn)，或許我們還需要等待幾十年，甚至是上百年的時(shí)間，未來(lái)總有一天我們會(huì)發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的。