看不见，测不到，神秘的“暗物质”究竟是什么？本文告诉你答案

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可见宇宙

在地球的夜晚抬头，仰望星空，你可以看到数千颗星辰在夜空中闪烁，有些暗淡有些闪亮。其实，人类肉眼可以看到的恒星只是银河系恒星的很少一部分，有大部分恒星隐藏在漆黑的夜空中，因为亮度不够和距离太远，我们看不到这些隐藏在夜空中的恒星，能被我们看到的恒星基本都是明亮的巨星。

不论是我们可以看到的闪亮恒星，还是看不到的矮星，利用先进的天文望远镜，人类基本可以直接或间接地观察到可观察范围内的所有天体，在观察一颗恒星的时候，还可以通过“凌日现象”来寻找这个恒星附近的行星。

寻找位于恒星系宜居带的行星对于人类来说是一件很重要的事情，这不仅仅是在寻找未来适合人类移居的“第二地球”，也是寻找外星文明的过程，寻找外星文明对于人类的宇宙学发展有很重要的作用，很多科幻电影会把外星文明塑造成邪恶的形象，以至于外星人成为了“伪科学”的一种。

其实，关于外星生命的研究是很严肃的，这会影响人类未来在宇宙中的发展和延续，目前人类只在地球上发现了生命，因此我们无法确认宇宙中生命存在的“普遍性”，或许在未来人类探索宇宙寻找恒星和行星的过程中，会找到其他的生命行星，解决类似于“费米悖论”的疑问。

不论是宇宙中的恒星，还是生活在行星上的生命，其实对于整个宇宙来说，只是很小的一部分，我们暂且把这些人类熟悉的各种物质称为“可见物质”，宇宙真正的组成部分是“不可见物质”，也就是宇宙学中的——暗物质。

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漆黑且不可见的“暗物质”

暗物质不属于任何一种人类已知的物质，已经有诸多证据证明，暗物质存在于宇宙中，并且暗物质的数量远大于可见物质。

光的传播让我们可以看到周围的物质，可见光让我们看到了日月星辰和万物，除了可见光之外，还存在很多不可见的光波，从本质上来说，光是电磁波的一种，一切可见物质都在向外辐射温度，向内吸收热量，温度就是红外线的宏观表现形式。

暗物质则不同，它不反射光，也不辐射光，这代表暗物质不参与电磁相互作用，并且暗物质也不参与强相互作用，因此暗物质不属于人类已知的任何一种粒子，我们暂时无法描述它们。这就造成了人类看不见暗物质，我们的仪器也不能直接测量到暗物质。

既然暗物质看不到，科学家又是怎么确定暗物质存在的呢？

关于暗物质的设想，源自于古希腊时代的“以太”理论，在一开始的时候，以太是一种假象中的物质，这种物质存在于天空之中，代表了组成空间的第五元素。直至17世纪，笛卡尔提出宇宙中不存在超远距离的作用力，因为宇宙中的空间被“以太”充满，这些以太人类感觉不到，但是它们可以传递一些相互作用，他认为电磁力和引力都是由以太传递的。

当时的物理学家认为，各种各样的波都需要介质才能传递，比如说声波需要在空气中传递，而在当时主流学派认为光也是一种波，同样需要介质才能传播，以太再一次成为了理想的载体，并且科学家还认为，以太同样也是引力的载体。

牛顿不支持光的波动说，但是牛顿支持以太的存在，他认为宇宙中不存在超远距离作用，和笛卡尔的观点一样，认为某种看不见的物质充斥在宇宙中，这些物质在传递着各种相互作用，不论是引力还是电磁力，都依靠着以太传播。

十八世纪时以太理论因为笛卡尔和牛顿之间学派的矛盾而没落，这个时候光的微粒说盛行，同时科学家认为宇宙中的空间是虚无的，并且承认“超远距离”作用的存在，在这样的观点下，以太自然不需要存在了。

在十九世纪，科学家证实了光也是一种波，以太理论死灰复燃，这种假想中的物质再次成为了传递相互作用力的介质，人类现在几乎不会谈论以太，但是在传统的经典力学中，以太的存在对于整个宇宙来说都十分重要。

爱因斯坦也曾经支持以太的存在，他认为在狭义相对论中不需要以太的存在，但是在广义相对论中空间具备物理性质，因此以太应该存在，不过爱因斯坦说的以太本质上是广义相对论中的度规场，并不是真正的以太。

随着科学的发展，人们逐渐发现，假设宇宙中存在以太反而让很多事情变得更复杂了，如果以太不存在很多问题反而可以得到更简单的解释，同时现代物理学以量子力学和相对论建立的宇宙学体系并不需要以太的存在也可以解释各种相互作用，至此以太理论完全没落。

虽然以太理论没落，但是在宇宙学发展的过程中，新的“以太”出现了，它就是暗物质。

回想一下以太的诞生，就可以发现，因为当时的科学家无法解释一些现象，于是根据常识和推断，假设了一种“看不见”的物质，用来解释暂时无法解释的现象，其实是因为当时的理论不够完善，科学家才会创造以太这个概念。

暗物质的诞生同样是为了解释一些暂时无法解释的现象，爱因斯坦在提出广义相对论后，就推断出了宇宙的平均密度，只有宇宙整体的平均密度保持在一定数值上，整个宇宙才是稳定的，但是科学家实际测到的物质密度远远没有达到理论中的数值，要比理论数值小100倍！

于是爱因斯坦发表了一篇名为《看不见的物质》的论文，拉开了暗物质研究的先河，后续科学家在天文学研究中发现了大量违背牛顿引力理论的现象，于是塑造出了“暗物质”用来解释一些无法解释的现象。

是不是很熟悉？暗物质的诞生和以太一样，都是为了解决一些暂时无法解决的难题诞生的概念，只不过暗物质更靠谱，大量的研究和证据都在证明暗物质真的存在。

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影响星系自转的暗物质

根据“开普勒定律”，在银河系外围的恒星，围绕银河系公转的速度应该会比银河系内部恒星的自转速度慢上一些，否则星系无法保持稳定，但是现实情况却是银河系外围的恒星自转速度要比我们推测得快很多，合理的解释就是银河系中存在大量的暗物质，这些暗物质维持了星系的稳定。

引力透镜效应同样可以从侧面证明暗物质的存在，因为引力的本质是时空弯曲，当一个大质量的天体或者星系团存在的时候，从这个天体后方照射来的光会发生弯曲，让我们看到原本看不到的景象，这就是引力透镜效应，根据光线的弯折程度，我们可以分析这个天体的密度或者是星系团的物质分布，很多时候星系团的质量要远大于我们的估算数值，这是就是因为暗能量存在于该星系团中，影响了光的传递。

微波背景辐射的各向异性的精细观测指出，我们宇宙的总质量中，有26.8%的暗物质，68.3%的暗能量，组成星系的可见物质只占据宇宙总质量的4.9%。

总结一下：现在已经有大量的证据支持暗物质的存在，同时暗物质参与引力的相互作用，在维持星系稳定的过程中做出了很大的贡献，同时暗物质运动速度低于光速，因为暗物质会产生引力，所以暗物质也是有质量的，并且密度要比常见的物质更高，具有很强的稳定性。

对于人类现在的理论来说，暗物质的存在是一个很大的挑战，因为暗物质完全不同于任何一种基本粒子，我们对它们的认知差不多等于0，或许暗物质是下一个“以太”，会在人类未来理论完善后黯然退场，也有可能暗物质对宇宙来说至关重要，会对人类未来的理论造成巨大的改变。

个人认为，未来关于暗物质和暗能量的研究可能会直接影响人类对宇宙未来的推测，暗物质对宇宙的影响可能要比我们想象的更大。