探索暗物質

暗物質到目前為止，人類還沒有能夠給予合理的解釋，人類不知道暗物質所代表的物質到底是什麼，但是暗物質這種東西確確實實存在，並且暗物質所造成的影響比黑洞還要強烈。暗物質的能量是宇宙中數一數二的，如果一旦和暗物質發生反應，暗物質會紋絲不動，而其他物質會粉身碎骨，所以科學家們還在努力的研究暗物質這種材料，想要揭開暗物質最神秘的面紗

暗物質有可能是宇宙物質的主要組成部分，科學家通過推算暗物質和暗能量佔有宇宙總質量的大部分，它比宇宙中所有可以看到的星系，星團，恆星，各種行星加起來的總質量還要多。而我們想要探索宇宙，暗物質顯然是必須面對的一個問題，接下來我們來談論一下關於暗物質的事。

1、關於暗物質的推論？

1922年，天文學家卡普坦最先提出「暗物質」可能存在的說法，但當時沒有證據證明暗物質的存在。人們對暗物質的起源以及其他等等都是了解也不多。但是研究，不過暗物質仍是目前物理學和天體物理學一直無法解決的謎團。這種難以捉摸的物質瀰漫於整個宇宙之中，並造成了許多可被探測的引力效應，而其本體卻總是無法被人類直接探測。

暗物質是宇宙中理論上存在的一種不可見物質，可能是宇宙物質的主要組成部分，但並不是構成可見天體的任何一種目前已知的物質。

從普通人類的視角出發，暗物質看起來又是神秘莫測的。我們每一個人都擁有五感，而所有這五感都源自某種電磁相互作用。譬如說視覺，就是基於我們對光的敏感——所謂的可見光本質上就是屬於特定頻率範圍內的電磁波。我們能夠看見常見的物質，就是通過感受構成這些物質的原子所發出或者吸收的可見光。歸根結底來說，原子中的電子和質子所攜帶的電荷就是我們能夠看見事物的原因。

然而物質並不一定要由原子構成。大多數物質可以由與原子完全不同的東西構成。能夠像普通物質那樣與引力相互作用的任何東西——比如說，能像普通物質那樣聚攏成星系與星系團——都屬於物質。沒有任何規律要求物質總是由帶電粒子組成。但對我們的眼睛而言，不參與電磁相互作用的物質就是隱形的。所謂的暗物質完全不帶（或者只是帶一點極不顯著的）電磁荷。無論是用肉眼還是用敏感的光學儀器，都沒有人直接觀測到暗物質。

2、暗物質的怎麼被發現的

按照牛頓的經典力學來分析，在一個星系當中，更靠近質心的恆星，其運動的速度應該是大於外層的恆星的，因為越靠近中心，就越需要更大的速度來克服引力的吸引。

然而在1959年，美國的天文學家薇拉·魯賓在觀測螺旋星系M33時，發現了它的轉動不遵循牛頓力學，理論上講，星系的自轉曲線應該符合下圖中的虛線：距離中心天體的距離越遠，平均軌道速度應該會按照質量的分布進行遞減。

而實際觀測到的數據則是圖中的實線，這就說明：內層的恆星運動速度和外層的運動速度幾乎是一致的。

這也意味著星系的實際質量或許遠比我們看到的要多，於是她和她的同事推測：

星系的大部分質量或許存在於暗物質當中，並且暗物質存在的範圍要遠遠大於星系最外層的可見部分。

然而由於其林林總總的引力效應，我們依然相信暗物質就在那裡。這些引力效應包括暗物質對於我們銀河系內恆星的影響（這些恆星的公轉速度是如此之快，以至於單靠常規物質的引力是無法聚攏它們的）；對於星系在星系群中的影響（同樣單靠可見物質的引力無法解釋星系如此之快的運動速度）；對於從宇宙之初的大爆炸遺留至今的微波背景輻射的影響；對於從超新星爆發拋射出的可見物質拋射軌跡的影響；對於被稱為引力透鏡的宇宙中光線彎曲現象的影響；以及導致在合併的星系團中可見物質和不可見物質相互分隔開來的現象。

2、 暗物質的探測

科學家門為探測暗物質建立了大型地下探測器，深空衛星或者位於日內瓦隸屬於歐洲核子研究委員會（CERN）的大型（LHC）可能會在未來真正探測到暗物質粒子。

即便暗物質和普通物質沒有這樣的相互作用，暗物質的自相互作用也可能會有一些可觀測的效應。比如說，暗物質自相互作用導致的星系中心物質的移動可能會造成星系的小尺度內部結構發生改變。

類似於銀河系這樣密實的天體結構，比如夜晚天空中的發光氣體雲或者恆星，也許可以給出一種或者多種不同暗物質粒子之間相互作用的證據。甚至暗物質可能就是一種假想的叫做「軸子」的粒子，它可以和磁場相互作用，並且有望在實驗室和太空中被觀測到。

無論對於理論、觀測還是實驗來說，暗物質都是一個很有前景的研究課題。我們知道它存在，但是我們還不知道它的基本性質。

3、 結論

實際上暗物質的更直接的作用是體現在星系和星系團中的。星系能緊緊的聚集在一起，正是因為暗物質和星系中可見物質的共同作用。在暗物質的理論下，很多無法理解的現象都成功的得到了解釋。儘管不可見，暗物質對於我們宇宙的演化，以及恆星、行星乃至生命的產生都是極其關鍵的。這是因為暗物質攜帶五倍於常規物質的質量，與此同時，暗物質不直接與光產生相互作用。

暗物質的性質對於像我們所在的銀河這樣大小的星系的形成尤為關鍵。如果沒有暗物質，電磁輻射將會在過長的時間內阻止星繫結構聚攏，從本質上清除了星繫結構形成的可能性，並會把宇宙維持在平坦且均勻一致的狀態。正是因為暗物質的存在，對於我們的生命和太陽系而言所必須的銀河系才能在從宇宙大爆炸至今的時間內及時形成。

想要更深刻地了解到底什麼是暗物質。就必須探索以下問題的答案：

它是否由一種新的基本粒子構成？

它是否可能包含一些看不見但是緻密的成分，比如黑洞？

如果它是由基本粒子構成，那麼除了引力之外，它和其他類似的物質是否有相互作用（即便很微弱）？

這種粒子是否有一些我們不可見的自相互作用？

這樣的粒子可能會不止一種嗎？

這些不同種類的暗物質粒子之間有可能有相互作用嗎？

科學家關於暗物質的探索一直在繼續，或許暗物質存在的最顯著的標誌，恰恰就是我們人類的存在本身。

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