宇宙探索：人类看不见的，暗物质构成的虚空，才是这个宇宙的真身

一，什么是暗物质？

宇宙中基本不参与电磁相互作用，与光子的相互作用超级弱，以至于基本不发光，因此人类无法直接观测到的存在被称为暗物质。

暗物质粒子不属于我们已知的任何一种基本粒子。

（橙色是物质，黑色是暗物质，弥散在其中的是暗能量。）

二，既然人类无法直接观测到暗物质，那么暗物质是如何被发现的呢？

第一，爱因斯坦根据广义相对论计算出：宇宙物质的平均密度必须达到5×10^-30克／立方厘米，这样全宇宙才能保持稳定。后来经观测得出，宇宙物质密度远远小于这个理论值，竟整整小了100倍。这样就可推导出存在暗物质。

第二，最有力的证据：星系旋转曲线与弥散速度分布和引力透镜效应。

a，星系旋转曲线与弥散速度分布。

根据万有引力，当天体绕着某个星系旋转运动时，旋转速度越快，则需要更多的物质提供万有引力，否则天体就会由于速度过快而甩飞。

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从1933年开始，科学家就发现天体运动速度过快的现象。1970年，天文学家Rubin等人测量了仙女座大星云中天体旋转速度与天体到星系核距离的关系，发现星系外围的天体速度在很大范围内都是恒定的，这与万有引力计算的结果（即在外围天体速度是要降低的）是不相符的，如下图所示。

这种强大的引力是从哪里来的？科学家认为来自暗物质。

（马头星云。）

在规模更大的星系团中，星系间弥漫着能够辐射出X射线的高温气体。这些气体温度之高，要是没有额外的引力，它们早该消散在宇宙空间而成不了形了。

b，引力透镜效应。

根据广义相对论，强大的引力会弯曲光线，当背景光源发出的光在引力场附近经过时，光线会像通过透镜一样发生弯曲。光线弯曲的程度主要取决于引力场的强弱。

1980年，人类第一次观测到引力透镜效应：天文学家观测到类星体Q0957+561发出的光，就是两个一模一样的类星体。

利用引力透镜效应，天文学家在宇宙中找到了大量的暗物质。

弹星系团的合成图像，子弹星系团是两个星系团碰撞的产物，粉色部分为普通物质，蓝色部分为暗物质，利用引力透镜观测得到。

三，宇宙中有多少暗物质？

在宇宙尺度上，通过对宇宙中微波背景辐射（各向异性的精细观测，可以确定出宇宙中暗物质的总量。观测表明宇宙总能量的26.8% 由暗物质贡献，构成天体和星际气体的常规物质只占4.9%，其余68.3%为推动宇宙加速膨胀的暗能量。

（天文学家根据哈勃太空望远镜利用弱引力透镜法测得的数据，绘制成宇宙大尺度下的暗物质分布图。）

四，暗物质的已知属性。

a，参与引力作用，暗物质有质量。b，在宇宙百亿年的尺度暗物质高度稳定。

c，暗物质的运动速度应该是远低于光速，即“冷暗物质”，否则我们的宇宙无法在引力作用下形成观测到的大尺度结构。

（爱因斯坦环）

五，关于暗物质的猜想。

a，那些我们看不见的，暗物质构成的虚空，才是这个世界的真身。

b，既然暗物质和暗能量都存在，那么灵魂极有可能也存在。

c，黑洞和暗物质都不能直接观测，它们之间存在着什么联系？广义上黑洞是暗物质的一种，但不是暗物质的最主要成分。

人类可以认识宇宙吗？既然宇宙中百分之九十五的存在人类都无法直接观测，人类认识宇宙或许只是一个梦想。