宇宙探索：人類看不見的，暗物質構成的虛空，才是這個宇宙的真身

一，什麼是暗物質？

宇宙中基本不參與電磁相互作用，與光子的相互作用超級弱，以至於基本不發光，因此人類無法直接觀測到的存在被稱為暗物質。

暗物質粒子不屬於我們已知的任何一種基本粒子。

（橙色是物質，黑色是暗物質，彌散在其中的是暗能量。）

二，既然人類無法直接觀測到暗物質，那麼暗物質是如何被發現的呢？

第一，愛因斯坦根據廣義相對論計算出：宇宙物質的平均密度必須達到5×10^-30克／立方釐米，這樣全宇宙才能保持穩定。後來經觀測得出，宇宙物質密度遠遠小於這個理論值，竟整整小了100倍。這樣就可推導出存在暗物質。

第二，最有力的證據：星系旋轉曲線與彌散速度分布和引力透鏡效應。

a，星系旋轉曲線與彌散速度分布。

根據萬有引力，當天體繞著某個星系旋轉運動時，旋轉速度越快，則需要更多的物質提供萬有引力，否則天體就會由於速度過快而甩飛。

從1933年開始，科學家就發現天體運動速度過快的現象。1970年，天文學家Rubin等人測量了仙女座大星雲中天體旋轉速度與天體到星系核距離的關係，發現星系外圍的天體速度在很大範圍內都是恆定的，這與萬有引力計算的結果（即在外圍天體速度是要降低的）是不相符的，如下圖所示。

這種強大的引力是從哪裡來的？科學家認為來自暗物質。

（馬頭星雲。）

在規模更大的星系團中，星系間瀰漫著能夠輻射出X射線的高溫氣體。這些氣體溫度之高，要是沒有額外的引力，它們早該消散在宇宙空間而成不了形了。

b，引力透鏡效應。

根據廣義相對論，強大的引力會彎曲光線，當背景光源發出的光在引力場附近經過時，光線會像通過透鏡一樣發生彎曲。光線彎曲的程度主要取決於引力場的強弱。

1980年，人類第一次觀測到引力透鏡效應：天文學家觀測到類星體Q0957+561發出的光，就是兩個一模一樣的類星體。

利用引力透鏡效應，天文學家在宇宙中找到了大量的暗物質。

彈星系團的合成圖像，子彈星系團是兩個星系團碰撞的產物，粉色部分為普通物質，藍色部分為暗物質，利用引力透鏡觀測得到。

三，宇宙中有多少暗物質？

在宇宙尺度上，通過對宇宙中微波背景輻射（各向異性的精細觀測，可以確定出宇宙中暗物質的總量。觀測表明宇宙總能量的26.8% 由暗物質貢獻，構成天體和星際氣體的常規物質只佔4.9%，其餘68.3%為推動宇宙加速膨脹的暗能量。

（天文學家根據哈勃太空望遠鏡利用弱引力透鏡法測得的數據，繪製成宇宙大尺度下的暗物質分布圖。）

四，暗物質的已知屬性。

a，參與引力作用，暗物質有質量。b，在宇宙百億年的尺度暗物質高度穩定。

c，暗物質的運動速度應該是遠低於光速，即「冷暗物質」，否則我們的宇宙無法在引力作用下形成觀測到的大尺度結構。

（愛因斯坦環）

五，關於暗物質的猜想。

a，那些我們看不見的，暗物質構成的虛空，才是這個世界的真身。

b，既然暗物質和暗能量都存在，那麼靈魂極有可能也存在。

c，黑洞和暗物質都不能直接觀測，它們之間存在著什麼聯繫？廣義上黑洞是暗物質的一種，但不是暗物質的最主要成分。

人類可以認識宇宙嗎？既然宇宙中百分之九十五的存在人類都無法直接觀測，人類認識宇宙或許只是一個夢想。