可見，普通物質(zhì)只占宇宙的5%，這包括了所有我們能看到的：天空中所有的恒星、行星，所有的人，以及所有你吃過的食物……但是未來，我們可以觀察到這5%以外的物質(zhì)嗎？歡迎來到Unveiled，今天我們要回答一個非同小可的問題：如果我們能看到暗物質(zhì)呢？你是否對真相求知若渴，你是否充滿好奇心？

宇宙中大概有25%的東西被稱為“暗物質(zhì)”，是由我們不了解的神秘物質(zhì)組成。剩下的70%（既不是暗物質(zhì)也不是普通物質(zhì)）是“暗能量”，在許多方面，這是比暗物質(zhì)還難以解釋的東西。在這個語境里，“暗”并不是指暗物質(zhì)與暗能量有什么關系，只是簡單地表達他們的未知性，所以我們可以分別講述這兩者。

我們認為“暗能量”是使宇宙膨脹的物質(zhì)，而“暗物質(zhì)”是我們根據(jù)引力的原理推斷出來的：如果沒有這種暗物質(zhì)，我們觀察到的各種引力效應都不能成立。所以我們大概感受到了暗物質(zhì)的作用與大概位置，但它具體是什么，我們并不了解。

我們所說的引力效應在星系的形成中最為明顯。星系非常遼闊，所以我們一開始認為距星系中心越遠的物質(zhì)會以越慢的軌道速度運行。但事實并非如此：遠距離物體的軌道速度與近距離的基本相同。比如說，在仙女座星系，這個速度就是每秒250千米。

暗物質(zhì)理論由此興起，提出是這個奇特的物質(zhì)使得星系維持了費解的形態(tài)。同時，我們可以通過引力透鏡這一現(xiàn)象輕易標記出暗物質(zhì)的位置。引力透鏡是指來自遙遠星系的光線會受到其路徑上大質(zhì)量物體引力作用而扭曲的現(xiàn)象。某些時候，我們觀察到了光線被扭曲，卻無法探測到導致此的物體——由此我們又引入了暗物質(zhì)。所以，要么是因為暗物質(zhì)，要么就是我們關于引力的所有理論（愛因斯坦的相對論首當其沖）都是錯的。

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如今，暗物質(zhì)存在的可能性越來越受到重視，但我們所有的觀測、假設和理論仍然不足以證實它的存在。不過，世界各地正在進行大量的實驗，試圖通過直接探測暗物質(zhì)以證明它確實存在。

薩德伯里微中子觀測站實驗室（SNOLAB），是位于加拿大安大略省的鎳礦深處的地下物理實驗室，配備有暗物質(zhì)探測器。一種名為DAMIC的探測器正在嘗試拍攝各種粒子的圖像，希望有朝一日能夠發(fā)現(xiàn)“首個暗物質(zhì)粒子”。 SNOLAB的另一設施DEAP-3600運用氬氣探測暗物質(zhì)粒子。

此外，意大利格蘭薩索國家實驗室的XENON1T暗物質(zhì)探測裝置也在探測“WIMPS”（弱相互作用大質(zhì)量粒子）。該裝置裝載著液態(tài)氙，通過監(jiān)測進入裝置的粒子與氙原子碰撞產(chǎn)生的閃光，來探測可能存在的粒子。

截至2019年底，世界各地的暗物質(zhì)探測實驗都一無所獲，物理學家們強調(diào)說，這不一定是個壞消息，至少這些探測和實驗為人們排除了不屬于暗物質(zhì)粒子的屬性，盡管它的特性仍然是未解之謎。通過排除和調(diào)整各種實驗探測，人們也許有一天能夠“看見”這被傾注了熱切關注的暗物質(zhì)粒子。

此外，人們還曾嘗試通過模擬和渲染太空空間來描述暗物質(zhì)，很大程度上基于星系形成過程中的可探測的引力表現(xiàn)。某些模擬結果啟發(fā)了一些科學家提出，銀河系和其他大多數(shù)星系可能包含著一個“暗物質(zhì)暈”，維系著星系嚴密的結構，“暗物質(zhì)暈”內(nèi)的暗物質(zhì)和普通物質(zhì)一樣被引力束縛在一起。

銀河系的“暗物質(zhì)暈”被猜想成遠遠大于銀河系本身的球形，整個銀河系被舒適地環(huán)抱在它的范圍中。有趣的是，2019年11月發(fā)表在《自然天文學》的一項研究顯示,某些矮星系并不具備“暗物質(zhì)暈”,在這些矮星系中發(fā)現(xiàn)的至少19個空間結構，其中的質(zhì)量似乎都由普通物質(zhì)組成，并非像人們所推測的那樣同時容納著暗物質(zhì)和普通物質(zhì)。

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如果我們能仰望天空，看到暗物質(zhì)光暈，我們幾乎能肯定，光暈是星系保持其形狀的方式?；蛘?，如果我們能看到暗物質(zhì)，但光暈仍然不存在，那我們對引力的理解可能需要重新審視。無論哪種情況，可見的暗物質(zhì)都需要重新定義；神秘面紗將被揭開，“黑暗”將消失。然而，假設向世界揭示暗物質(zhì)，也可能帶來無數(shù)其他問題需要解決。

一些不太主流的理論認為，如果那里有暗物質(zhì)，那么它就有可能構成它自己的整個結構，可能是行星，甚至可能是生命形式。這樣，就有可能有一個完整的“影子宇宙”隱藏在普通視野中；目前我們還無法理解，但如果我們真的破解了暗物質(zhì)，也許就能解開謎團了。

然而，這些看似反常的現(xiàn)象卻為這場爭論打開了大門，一些人認為，星系并沒有隨著時間的推移，以某種方式“丟失”了它們的暗物質(zhì)……而另一些人則認為，這些星系中暗物質(zhì)的缺失是暗物質(zhì)根本不存在的證據(jù)。目前，我們無法判斷哪一方是對的，但相信暗物質(zhì)的人仍然占大多數(shù)。既然我們用肉眼看不到任何亞原子粒子，構成暗物質(zhì)的粒子是我們更需要了解的東西，那么盡管我們可能一直被它包圍著，我們自己可能仍然無法“看到”。例如，我們看不到空氣中的單個粒子，但我們知道它們的存在是因為我們的呼吸能力。

這意味著預測的暗物質(zhì)暈，即暗物質(zhì)濃度被認為特別高的地方，將是普通人最可見的暗物質(zhì)來源。我們已經(jīng)可以在夜空中看到銀河系中某些雜亂無章、令人眼花繚亂的部分，因此，如果暗物質(zhì)暈突然出現(xiàn)，它將成為銀河系另一個最顯著的特征。但在這種情況下，暗物質(zhì)仍然是暗物質(zhì)嗎？既然我們對它如此感興趣是因為它完全未知和陌生，如果我們能看到它，我們就能更輕松地研究和理解它的性質(zhì)。

這雖然聽起來很牽強，但也許并不像它看起來那樣荒謬。幾乎所有的可觀測物質(zhì)都屬于同一種類型：重子物質(zhì)。重子物質(zhì)由重子構成 ——通常是質(zhì)子和中子。然而非重子物質(zhì)肯定也存在，比如說，電子，實際上就是一種非重子的粒子，這種粒子叫做輕子。我們還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了其他幾種輕子，例如τ子和μ子，還有中微子。曾經(jīng)，中微子也像如今的暗物質(zhì)一樣難以捉摸。在科學家預言過中微子的存在之后，又過了超過25年的時間，中微子才真正地被發(fā)現(xiàn)。

我們理解暗物質(zhì)的過程，會不會也遵循著類似的軌跡呢？考慮到我們目前對暗物質(zhì)所知甚少，也許不難想象，“暗物質(zhì)”可能也包含著各種各樣的東西……所以照理說，暗物質(zhì)可以組成一個完整的自己的元素周期表，在此基礎上還可以形成整個未知的文明?；蛟S有一天，我們還能和一個暗物質(zhì)文明展開交流呢。當然啦，我們距離那樣的時刻還有很遠很遠，但是如果暗物質(zhì)是可見的，現(xiàn)代物理中最重要的問題之一就能得到解答。我們對于由暗物質(zhì)組成的宇宙和萬物——真的是萬物——如何形成并運作，都將擁有一個前所未有的理解。這便是如果我們能看見暗物質(zhì)的話，會發(fā)生的事。

相關知識

暗物質(zhì)是一種假定存在的物質(zhì)，它被認為占宇宙中物質(zhì)的接近85%。暗物質(zhì)之所以被稱為“暗物質(zhì)”，是因為它貌似并不會和電磁場相互作用。也就是說，它不會吸收，反射或散發(fā)出電磁輻射（例如光），因此也難以被探測到。各式各樣的天文物理觀測——包括引力效應，目前被接受的引力理論并不能解釋觀測到的引力效應，除非存在其它無法被看見的物質(zhì)——都暗示著暗物質(zhì)的存在。因此，大部分專家認為暗物質(zhì)在宇宙中大量存在，并且對于宇宙的結構以及演變有重要的影響。

暗物質(zhì)存在的首要證據(jù)來自于對星系的計算。如果不是包含著大量的不可見物質(zhì)的話，很多星系的行為都會有顯著不同。一些星系根本就不會形成，而其他的星系也不會像現(xiàn)在這樣移動。其他的證據(jù)還包括在引力透鏡效應中的觀測結果和宇宙微波背景，除此之外還有對于可觀測宇宙當前結構的天文觀測、星系的形成及其演變、星系碰撞中的質(zhì)量位置以及星系團中星系的運動。

在標準宇宙學模型（ΛCDM模型）中，宇宙的質(zhì)能總量包含5%的普通物質(zhì)和能量、27%的暗物質(zhì)和68%的一種被稱作暗能量的能量。由此可知，暗物質(zhì)組成了宇宙總質(zhì)量的85%，而暗能量和暗物質(zhì)組成了質(zhì)能總量的95%。

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