暗物质11个未解之谜（关于暗物质的十大未解之谜）

20世纪30年代，瑞士天文学家弗里茨·兹威基(Fritz Zwicky)注意到，在一个遥远的星系团中，星系相互环绕的速度远远超过了它们可观测质量应该有的水平。于是他提出，一种看不见的物质，也就是他所说的暗物质，可能会对这些星系有引力的作用。

后来研究人员逐渐证实，这种神秘的物质广泛存在于整个宇宙中，它的数量是构成恒星和人类的普通物质的六倍。然而，尽管在整个宇宙中都发现了暗物质，还是有很多问题始终困扰着科学家们。以下是关于暗物质的十大未解之谜。

1.什么是暗物质？

第一个，也许也是最令人困惑的是，研究人员仍然不确定暗物质到底是什么。最初，一些科学家推测，宇宙中的神秘质量来自暗淡且难以观测的小恒星和黑洞，正如美国能源部费米实验室的科学家唐· 林肯曾经在《科学生活》上所说的那样，虽然具体的观测并没有发现足以产生这些引力的物质。目前认为暗物质主要的可能成分是一种假设中的粒子，叫做弱相互作用大质量粒子，或简称WIMP，它的行为特点有点像中子，并且质量可能是质子的10到100倍，林肯写道。然而，这种假设却引出了更多的问题。—比如

2.我们能探测到暗物质吗？

如果暗物质是由弱相互作用大质量粒子构成的，那么它们应该就纯在于我们周围，但却看不见，也几乎探测不到。为什么我们还没有发现呢?虽然它们不会与普通物质发生太多的相互作用，但当暗物质粒子在太空中运动时，它们有小概率会撞击到质子或电子等普通粒子。因此，研究人员进行了一次又一次的实验，在地下深处对大量的普通粒子进行研究，这些粒子在那里受到保护，避免某些可能产生类似暗物质粒子碰撞的干扰辐射的影响。问题是，经过几十年的寻找，没有一个探测设备得到可靠的结果。中国的PandaX实验宣告最新的WIMP探测失败。当时，加州大学河滨分校的物理学家于海波(音译)在接受《天文在线》杂志采访时表示，暗物质粒子似乎比弱相互作用大质量粒子要小得多，也可能缺乏一些可以用于研究它们的性质。

3.暗物质的成分是否可能不止一种粒子？

普通物质是由质子和电子等日常粒子，以及中微子、介子和介子等大量特别的粒子组成的。因此，一些研究人员产生了这样的猜想：构成宇宙中85%物质的暗物质是否也同样复杂。“没有充分的理由去假设宇宙中所有的暗物质都是由一种粒子构成的，”哈佛大学的物理学家Andrey Katz对Live Science的姐妹网站天文在线说。卡茨认为，暗质子可以与暗电子结合形成暗原子，产生与可观测世界中一样多样和有趣的结构。虽然这样的猜想被越来越多的物理实验室提出，但迄今为止，科学家们还是无法证实或否认它们。【奇怪的夸克和介子，天哪!自然界中最微小的粒子被解剖】

4.暗引力真的存在吗？

除了多种类暗物质粒子之外，还有另外一个假设，那就是暗物质受到的力与普通物质所受到的力类似。一些研究人员已经在寻找“暗光子”，它类似于在能产生电磁力的普通粒子之间交换的光子，只不过它们只与暗物质粒子相互作用。正如《天文在线》杂志先前报道的那样，意大利的物理学家们正准备将一束电子及其反粒子，即所谓的正电子，进行加速撞击。如果暗光子确实存在，电子-正电子对就可能湮灭并产生一种具有力的作用的新粒子，这可能开辟宇宙的一个全新领域。

5.暗物质可能由轴粒子组成吗？

随着物理学家对WIMP逐渐失去兴趣，其他暗物质粒子开始受到青睐。最主要的替代物之一是一种假想的粒子，被称为轴子，它质量非常小，可能只有10的负31次方，质量比质子还小。人们正试图通过一些实验寻找轴子。计算机模拟已经提出了这样一种可能性，即这些轴子可能会形成类似恒星的物体，这些物体可能会产生可检测到的辐射，这种辐射与《天文在线》(Live Science)之前报道过的被称为快速无线电爆发的神秘现象非常相似。

6.暗物质可能有哪些特性？

天文学家通过暗物质与普通物质的引力相互作用发现了暗物质，这表明这是暗物质在宇宙中主要的活动方式。但是，当试图了解暗物质的实质时，研究人员却无从下手。根据一些理论，暗物质粒子应该是它们自己的反粒子，这意味着两个暗物质粒子相遇时会彼此湮灭。自2011年以来，国际空间站上的阿尔法磁谱仪(AMS)实验一直在寻找这种湮灭的迹象，并且已经成功探测到成千上万的此类事件。科学家们仍然不确定这些物质是否来自暗物质，而且这些信号还没能帮助他们确定暗物质到底是什么。

7.是否每一个星系都存在暗物质？

因为暗物质比普通物质多得多，所以人们常说它是组织星系和星系团等大型结构的控制力量。所以，天文学家宣布他们发现了一个名为NGC 1052-DF2的星系，它几乎不包含任何暗物质，这一点很奇怪。“暗物质显然不是形成星系的必要条件，”耶鲁大学的Pieter van Dokkum当时告诉天文在线网站。然而，另一个团队发布了一份分析报告，表明范多克姆的团队错误地测量了银河系的距离，这意味着它的可见物质比最初的发现要暗得多，也要轻得多，而且它的质量中有更多是暗物质，超出了之前的估计。

8.DAMA/LIBRA的实验结果如何解释？

欧洲一项名为DAMA/LIBRA的实验得出了一些令人费解的结果，这是一个长期存在于粒子物理学中的谜团。这个探测器位于意大利格兰萨索山下的一个地下矿井中，它一直致力于寻找暗物质粒子的周期性振荡。当地球在围绕太阳的轨道上运行时，理论上当地球围绕太阳运行，同时飞越环绕我们太阳系的暗物质银河流——有时也被称为暗物质风的时候，就应该产生这种振荡。自1997年以来，DAMA/LIBRA已经声称观测到了这种信号，但是还没有其他的实验观测到类似的情况。

9.暗物质可能带电荷吗？

某些迹象使一些物理学家认为暗物质可能带有电荷。宇宙诞生之初，也就是大爆炸后的约1.8亿年，恒星发出了波长为21厘米的辐射。然后它被同时存在的冷氢吸收。当探测到这种辐射时，有迹象表明氢比科学家们预测的要冷得多。哈佛大学的天体物理学家朱利安·穆尼奥斯(Julian Munoz)在接受《天文在线》采访时曾假设，带有电荷的暗物质可能会把热量从无处不在的氢气中带走，这种氢气有点像漂浮在柠檬汁中的冰块。但这一推测还有待证实。

中子是具有有限寿命的普通物质粒子。大约14.5分钟后，脱离原子的单个中子将衰变为质子、电子和中微子。但根据《物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志刊登的一项研究，两种不同的实验设置给出的衰变寿命略有不同，相差约9秒。物理学家提出，如果一些中子可能有百分之一的机会衰变为暗物质粒子，就可以解释这种异常现象。新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的克里斯托弗·莫里斯(Christopher Morris)和他的团队曾尝试监测中子，寻找可能来自暗物质的信号，但却什么也探测不到。根据这项研究的成果，他们认为也可能存在其他的衰变情况。

10.普通粒子能衰变为暗物质吗?

考虑到科学家们在试图探测和解释暗物质时所面临的诸多困难，一个理性的人可能会质疑他们是否完全错了。多年来，少数直言不讳的物理学家一直在宣扬这样一种观点:或许我们的引力理论根本就是错误的，根本的力在大尺度上的作用与我们预期的不同。这些理论通常被称为“修正牛顿动力学”或MOND模型，它们认为暗物质不存在，而恒星和星系的超快速相互旋转则是引力的具体表现。“暗物质仍然是一个未经证实的理论”物理学家唐·林肯在《天文在线》的解释中写道。然而，批评者们还没有说服更多的人相信他们的观点。但最新的研究证据却进一步佐证了暗物质的真实存在。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. Adam Mann-瓶子

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