為什麼說暗物質如果不存在，人類就無法解釋宇宙的結構！

滅結構是什麼

大多數天文學家都接受這樣一個事實：宇宙中不可見的物質遠遠多於我們所能看到的。科學家認為，包括所有行星、恆星和星系在內的可見物質只佔宇宙總質量能量的4%左右，未知物質佔宇宙總質量能量的96%。其中，暗物質佔宇宙的23%，73%是一種加速宇宙膨脹的暗能量。

宇宙中的暗物質比構成我們普通世界的原子物質多得多。當你讀這篇文章時，大概每秒鐘有一百萬個暗物質粒子穿過你的身體。人們看不見它們，因為它們不發光，不帶電荷，與原子物質的相互作用也很小。暗物質沒有電磁場，這意味著它們很難被任何傳統的科學測量裝置探測到。但人們知道它們存在，因為如果它們不存在，就無法解釋宇宙的結構。

暗物質是誰最先發現的？

1915年，愛因斯坦從相對論中推斷出宇宙的形狀取決於它的質量。他認為宇宙是有限的和封閉的。如果是這樣，宇宙中物質的平均密度必須達到每立方厘米5×10-30克。但迄今為止觀測到的宇宙密度是這個數字的100倍。換句話說，宇宙中的大部分物質都“失蹤”，科學家稱之為“暗物質”。

誰首先發現了暗物質？在20世紀30年代，瑞士天文學家茲維基（1898-1974）發表了一個驚人的宣告：在星系團中，可見星系只佔總質量的不到1%，而超過99%的質量是不可見的。茨威基首先發現了暗物質的存在，但當時很多人並不相信茨威基的結果。由於暗物質不與電磁波相互作用，也不發射光，因此在天文學中，透過光探測來觀察暗物質是絕對不可能的。

暗物質存在的證據

萬物之間有萬有引力。太陽系中的八顆行星圍繞太陽旋轉，它們越向外旋轉，旋轉的速度就越低。例如，火星的旋轉速度比地球的速度高30公里。上世紀70年代初，科學家們在觀測宇宙中其他星系中恆星的速度時發現，圍繞中心的速度並不是全部衰減，而是與內圈恆星的速度幾乎相同。這不符合越向外，物質越少，重力越小，速度越低的慣例。在這個時候，外環可以直接測量到的恆星數量並沒有減少，但是可以被外環直接推出的天體數量卻沒有減少。科學家大膽地推測，宇宙中一定有一些我們天文觀測沒有發現的物質。這些物質被稱為“暗物質”。

科學家認為，透過測量物體圍繞星系旋轉的速度，可以找到暗物質的證據。根據衛星的速度和高度，可以測量地球的總質量。根據地球繞太陽的速度和地球與太陽之間的距離，就可以測量出太陽的總質量。同樣，星系內的總質量也可以根據物體（恆星或空氣質量）在星系周圍的速度和物體離星系中心的距離來估算。結果表明，星系的總質量遠大於星系中可見恆星的總質量。計算結果表明，星系中暗物質佔宇宙總質量的20%-30%。

到地下尋找暗物質

如何“網羅”暗物質？科學家們想出了很多主意。地下實驗室被認為是研究暗物質最理想的地方。原因是深部地下實驗室可以避開宇宙射線的干擾，找到暗物質的證據。科學家認為，宇宙中絕大多數暗物質不含原子，不會透過電磁力與普通物質發生相互作用。在地面上，由於來自宇宙的射線很多，這些訊號會干擾直接探測，影響其分辨能力。因此，地下實驗室可以幫助探測器“遮蔽”干擾，讓它“安靜地”工作。目前，世界上有20多個地下實驗室，科學家們正在尋求將地下暗物質實驗轉移到更深的地點。

在太空中尋找暗物質

除了在地下尋找暗物質，科學家們還利用強磁場和精密探測器探測太空中的反物質和暗物質，探索和研究宇宙物理學、基本粒子物理和宇宙成因化學中的一些重要和難點問題。

阿爾法磁譜儀是第一臺送入太空的大型磁譜儀。這是由美國華裔物理學家丁肇中教授提出並牽頭的大型國際合作科研專案。來自美國、中國等10多個國家和地區的37家科研機構參與科研。直徑約為1。2米、高度為0。8米、重量為1。85噸的環形永磁體產生均勻的平行磁場，束流密度約為0。15特斯拉。環內安裝了六層矽微調節探測器，記錄帶電宇宙線粒子的運動軌跡。磁譜儀的上下層也裝有閃爍體。當粒子透過時，它們會發出亮點，它們的亮度與透過粒子的能量成正比。透過比較上下光斑的亮度和透過時刻，可以得到粒子能量的損失和粒子透過所需的時間。反物質和暗物質在磁場中運動時表現出不同的特性，因此可以被探測到。阿爾法磁譜儀可以精確測量太空中反質子、正電子、光子和其他粒子的能量分佈，這可能揭示暗物質的秘密。2012年5月，高精度粒子探測器“阿爾法磁譜儀2”由美國“奮進”號太空梭運送到國際空間站。科學目的是尋找反物質和暗物質。

新發現：暗物質可以創造生命？

費米實驗室天體物理中心的兩名科學家在暗物質中發現了另一種神秘效應，它可能支援宇宙中生命的誕生，或是生命進化的一個重要因素。費米實驗室的科學家提出了一種新的暗物質效應：全宇宙的暗物質粒子可能在一種機制的作用下進入行星的核，並透過物質的湮滅釋放出足夠的能量，從而保證行星上出現液態水，從而支援生命的誕生。這種觀點超越了太陽系外生命的傳統理論，即生命應該誕生在恆星的可居住區。這一觀點在一定程度上擴充套件了天體生物學家對太陽系外生命的定義：最初，天文學家在遙遠恆星周圍尋找適宜居住的區域，認為只要光線和溫度合適，水就可以保持液態並支援生命。然而，暗物質粒子碰撞理論打破了傳統的思維。只要擁有豐富暗物質的行星聚集在一起，液態水的環境條件就可以獲得。被高密度暗物質覆蓋的行星將是未來天文學家觀測的重點。

隨著暗物質證據的不斷增加，暗物質已成為現代天體物理學中一個根深蒂固的概念。事實上，這個概念幾乎必須存在來解釋為什麼單個星系在不解體的情況下快速旋轉，以及為什麼星系團以如此互動的方式運動。如果沒有比恆星、星際分子氣雲和其他可見物質多10倍的暗物質，那麼宇宙就沒有意義了。

暗物質與暗能量的區別

暗物質是指不發射電磁輻射或與電磁波相互作用的物質。目前，人們只能透過引力的作用知道宇宙中有很多暗物質。已知的兩種暗物質是黑洞和中微子，但它們在暗物質總量中所佔的比例非常小，絕大多數暗物質仍然是未知的。暗物質佔宇宙總物質的23%。

暗能量是一種充滿空間並增加宇宙膨脹速度的能量形式。我們知道普通物質和暗物質加在一起只佔其中的三分之一左右，所以還有三分之二的短缺。這種物質短缺被稱為暗能量，它佔宇宙物質總量的73%。目前，人們對暗能量知之甚少。暗能量假說是觀測到宇宙加速膨脹的最普遍的解釋之一。

暗物質的理論模型

歷史上，暗物質可以分為三類：冷暗物質、暖暗物質和熱暗物質。這種分類不是基於粒子的真實溫度，而是基於它的運動速率。冷暗物質：以經典速度運動的物質。暖暗物質：粒子運動的速度足以產生相對論效應。速度：接近光暗粒子的速度。

暗物質與人體碰撞

每秒有數以億計的暗物質粒子穿過我們的身體，其中大部分是暢通無阻的，但偶爾會有一個暗物質粒子與我們身體的核心發生碰撞。這種情況經常發生嗎？曾經有兩位美國科學家計算了暗物質與人體組織相互作用的機率。他們計算了在一個平均人體尺寸中有多少原子核與經過的暗物質粒子相撞。結果是地球上的每個人每年都要承受大約10萬次暗物質粒子的碰撞。

中國建地下實驗室尋找暗物質

中國錦屏地下實驗室是我國第一個最深的地下實驗室，在四川雅礱江錦屏水電站建成投產。錦屏地下實驗室垂直岩石覆蓋範圍為2400米。它的建成標誌著我國擁有世界一流的清潔低輻射研究平臺，能夠獨立開展暗物質探測等國際前沿基礎研究課題。

歐洲強子對撞機尋找暗物質

歐洲核子研究中心（CERN）宣稱，他們的大型強子對撞機（LHC）發現了疑似希格斯玻色子的粒子。下一步是尋找暗物質。為了實現這一目標，他們將花費12億歐元升級大型強子對撞機。