Question

宇宙中的暗物质

Answer 1

在物理学中，把状态变化的“转折点”称为“临界点”，比如水变成冰，温度临界值（或者说“临界点”）为0 。宇宙学的研究认为，宇宙中物质的平均密度，与决定宇宙是膨胀还是收缩的临界值，相差不会超过百万分之一。可是，宇宙中发可见光的恒星和星系的物质总量不到临界值的1%，加上辐射其他电磁波的天体，如行星、白矮星和黑洞等，最多也只有临界值的10%。于是，科学家推测，宇宙中有一种未知的物质存在，并称其为“暗物质”。

长期以来，暗物质对人类而言始终是一个神秘之物。但随着时间的流逝，科学家很有可能在不久的将来解开这种令人迷惑不解的物质——构成宇宙中绝大多数物质的神秘面纱。

没有一个人知道不可见的暗物质究竟是什么，但它一定存在于茫茫宇宙中，如果没有它，星系便会彼此分离。自20世纪70年代以来，科学家们根据对许多大型天体之间，如星系之间的引力效果的观测发现，常规物质不可能引起如此大的引力，因此暗物质的存在理论被广泛认同。

几十年前，暗物质刚被提出来时仅仅是理论的产物，但是现在我们知道暗物质已经成为了宇宙的重要组成部分。暗物质的总质量是普通物质的6倍，在宇宙能量密度中占了1/4，同时更重要的是，暗物质主导了宇宙结构的形成。如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星，也就更谈不上今天的人类了。

一般人很难相信暗物质的存在。天文学家介绍说：“这个物质很奇怪，不仅本身不发光，而且光线也射不进去，所以人是看不到的。最令人惊讶的是，它虽然摸不到，却有重量和引力，如果前面有个暗物质山，可能会将人压死。”

知道暗物质的存在并不等于知道它是什么东西。科学家们承认，他们对暗物质仍然一无所知。普遍的推测是它由大约137亿年前宇宙大爆炸后留下的微粒组成。

当前一项最主要的假设认为，暗物质由一些尚未被探测到的怪异粒子构成，它们不与光发生联系，因此无法被我们看到。一种理论将这种怪异粒子称之为WIMP（大质量弱相互作用粒子的英文缩写），它们呈电中性，质量是质子的100倍。

1972年，高能所云南高山宇宙线观测站曾观测到：一个从宇宙射线中来的能量大于3 000亿电子伏特的粒子碰撞石墨中的粒子后，产生了3个带电粒子。分析表明，其中一个是负介子，一个是质子，还有一个是能量大于430亿电子伏特、寿命长于0.046纳秒的带电粒子。许多科学家认为这种带电粒子一旦被证明存在，就很有可能是暗物质的粒子。

暗物质存在与否，虽然已经得到初步证实。但暗物质将由什么样的物质所形成？它们是什么样的粒子或是场，或是两者的统一，仍然需要进一步的研究。