在宇宙學中暗物質是什麼

暗物質不同於常規物質，它們完全不可見。

科學家們之所以能知道它們的存在，是因為它們會對宇宙中的星系和星系團產生引力作用。科學家們估算認為這種神秘的暗物質佔到了整個宇宙中所有「物質」總量的80%。到目前為止尚沒有任何人能夠確定的指出暗物質的組成粒子究竟是什麼。但是其中一個非常有希望的理論是一種被稱作「大質量弱相互作用粒子」(WIMPs)的候選體。

正如其名字所暗示的那樣，這種粒子對常規物質粒子，或者說重子只有非常微弱的影響，它們通常會直接穿過宇宙中絕大部分的物質，包括人體。但是在偶發的情況下，某些具有特定質量的「大質量弱相互作用粒子」會和原子核發生碰撞，並且現在看起來這種碰撞發生的幾率要高於原先的設想。

暗物質探測器

但目前技術上存在瓶頸：現有暗物質探測器仍然最善於擇撿出正常物質的粒子，而要檢測暗物質粒子則困難許多。暗物質粒子全稱微相互作用有質量粒子（WIMP），對於構成原子的質子和中子來說是重粒子，具有強引力效應，它們對正常物質幾乎毫無影響，可以輕鬆穿過像地球這樣直徑大的物體，上億個暗物質粒子穿越地心時只有一個暗物質粒子與地球上的物質發生反應。這導致自65年前暗物質的概念產生起，就無法直接得到，只能依靠其干擾星體發出的光波或引力被感受到。

物理學家曾在歐洲和美國的地下很深的地方埋藏了精尖裝備，一方面用以屏蔽宇宙射線，另一方面為了探測到暗物質粒子與正常粒子之間稀有的碰撞，結果卻是無能為力。因此2003年美國加州大學物理學家曾指出，所有的傳統暗物質探測方法都是徒勞的。

新型探測器由喬斯林·門羅與其團隊研製完成，需利用暗物質粒子碰撞所產生的微弱短暫閃光。這種閃光發生的概率很小，而正常粒子之間碰撞的次數卻是它的千億億倍，以往的探測器就是無法排除這些常規碰撞。新技術則體現在高效的屏蔽材料以及精準的識別力，其可識別出樣本中攜帶的所有已知正常物質的粒子，進而鑒定出其餘非常規的暗物質粒子。實際上其由兩部分構成，同時啟動，中子探測器一旦發現任何信號，暗物質探測器就會將其確實的排除。

該探測器現已被送往美國能源部下屬的洛斯阿拉莫斯國家實驗室，校正敏度後將送往地下實驗室投入使用。研究人員表示，暗物質研究是宇宙學中最具挑戰性的課題。它一直給人以虛幻之感，但這並不因為暗物質的不確定性，而是緣於人類對它的不了解。雖然新的探測器尚未被科學界所公認，但它定會帶給人們一個驚奇的結果。

我們常常說世界是由原子組成的。無論是銀河系裡的恆星，還是有智慧的人類概莫能外。

現代科學將原子細分為多種不同類型的基本粒子，然後又根據它們的基本相互作用類型進行分類。

我們在物理課上學到的彈性力、摩擦力、壓力、支持力等等，在原子或亞原子的層面上，都是通過電磁相互作用實現的。這就是其中一種基本相互作用。除此之外，還有強相互作用（負責束縛原子核中的中子、質子等），弱相互作用（負責放射性衰變等），引力相互作用（如果引力理論最終能夠結合量子力學的話）。

也就是說，物理學家眼中的世界是基本粒子+基本相互作用。假如世界上有一種新的未知現象，物理學家首先會想到在已知的模型中尋找對應解釋。如果實在找不到，就想辦法對已有的理論修修補補，以期能解釋新的發現。

暗物質的概念就是這樣來的。首先，天文學家發現許多星系中都存在額外的看不見的引力源。其次，宇宙學家把宇宙的膨脹速度的大小，跟所有觀測到的星系、塵埃、輻射等等物質的總質量放進廣義相對論方程里比較。結果發現宇宙的總質量應該遠遠大於已知物質的總質量。第三，物理學家曾經在計算機中模擬一團原始物質在引力和宇宙膨脹的共同作用下，逐漸聚集成星系的過程。如果假設宇宙中不存在額外的物質，那麼模擬結果就和實際的觀測對不上。如果假設存在一種大質量的粒子，只參與弱相互作用和引力，不參與其它相互作用的話，並且占宇宙的總質量的比例大概在20%多時，模擬結果就比較理想了。

種種未知現象都迫使天文學家和物理學家提出，宇宙中存在一種」暗物質「。主流觀點認為，暗物質是一種大質量、弱相互作用粒子，簡稱為WIMP。這種粒子不是某類具體的粒子，而是一個總稱。滿足這個要求的候選粒子不止一種。

我記得暗物質的特點是在星系中呈球狀分布，而不像原子物質聚集成一個盤。所以，地球附近的暗物質的總質量不會對我們產生影響（否則在牛頓時期就會發現了）。暗物質對於理解宇宙的形成、演化，對於完善物理學基本理論都有重要意義。畢竟，宇宙一詞不但包括我們看得見的那一小部分，還得包括我們看不見的那一大部分。

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