暗物質是如何被發現的？

暗物質的發現歷程

宇宙組成示意圖

如上圖所示，宇宙主要由物質組成，這其中的物質又可分爲普通物質、暗物質、暗能量和其它物質

正如所聰明的你所想的那樣，普通物質便是我們能看得見的物質，可以觀測到的物質，也就是天體，僅僅只佔據了宇宙中物質含量的4.9%

"暗"即爲黑的意思，以至於黑到了一種無法進行觀測到的地步，它不與電磁輻射進行相互作用，這便不能用電磁波進行探測，根據估計的數據來看，暗物質佔據了宇宙總質量的超過80%，你又顯而易見，這對宇宙的結構無疑是有着巨大的影響

就是辣麼一種神祕的物質，它不發光也不發熱

科學家們花了很長時間纔開始理解"暗物質″

本篇科普文將會帶你瞭解暗物質的探索經歷~

暗物質的起源

銀河系

命運的齒輪從20世紀30年代開始轉動~

當時，一個名叫弗裏茨·茨維基的天文學家在觀察星系團時發現了一個奇怪的現象：根據我們所見的恆星和氣體，星系應該無法保持穩定，它們應該因缺乏足夠的引力而分崩離析

然而，星系卻穩定地旋轉着，這意味着必須有額外的引力來源，而且星系團中的星系運動得竟然比理論上的預期要快很多

這很是不對勁啊！十分甚至有九分不對勁

茨維基突發奇想，會不會是星系團中有一些我們看不見摸不着的物質產生了引力呢？這些看不見的物質產生的引力不就能解釋星系的快速運動了？

於是，他提出了“暗物質”的概念，起源正是如此

暗物質的證據

銀河系結構示意圖

茨維基的發現雖然令人驚訝不已，可這並沒有立即引起學界上的轟動

直到在1970年代，一位名叫維拉·魯賓的天文學家通過觀察星系的旋轉，發現了可以支持暗物質存在的線索

她發現，星系邊緣的恆星和星系中心的恆星旋轉速度幾乎一樣快，離大譜，這和我們所知道的物理定律明顯不符，根據萬有引力定律，星系中心的恆星轉速應該＞星系邊緣的恆星轉速，然而事實是幾乎一樣快

魯賓也同樣認爲，只有在星系中存在大量我們無法觀測的物質，才能解釋這種現象

這樣一來，暗物質的存在更加具有說服力

暗物質的探索

暗物質地圖

科學家們開始用各種方法來尋找暗物質

他們利用宇宙微波背景輻射（宇宙早期留下的輻射）和引力透鏡效應（星系團的引力使光線彎曲）等現象，間接地進行探測暗物質，但仍然無法進行觀測

爲了找到暗物質，科學家們採取了多種策略

1. 直接探測實驗

氫原子

科學家們正在使用地下實驗室中的高靈敏度探測器來尋找暗物質粒子與普通物質直接相互作用的信號

XENON實驗和LUX實驗，它們利用液態氙或氦作爲探測介質，嘗試捕捉暗物質粒子與探測器中的原子核發生彈性散射的事件

顯然，這種方法目前並沒有成功證明暗物質的存在

2. 間接探測實驗

宇宙射線

間接探測實驗關注的是暗物質粒子在宇宙中與其他粒子相互作用後產生的信號，如高能伽馬射線、中微子

IceCube實驗通過探測中微子來尋找暗物質粒子的間接證據

同樣，這一探測方法目前仍然不能證明暗物質的存在

3. 粒子加速器實驗

粒子加速器

粒子加速器實驗，如歐洲核子中心（CERN）的大型強子對撞機（LHC），通過模擬宇宙中的高能粒子碰撞過程來研究暗物質粒子與普通物質之間的相互作用

儘管LHC已經運行多年，但至今尚未直接探測到暗物質粒子的確切證據

4. 新方法和理論

射電望遠鏡

有研究者提出利用射電望遠鏡直接探測暗光子暗物質的可能性

中國科學院紫金山天文臺的研究人員與清華大學、北京大學的研究人員合作，提出了利用射電望遠鏡直接探測暗光子暗物質的新方法，並且利用中國天眼射電望遠鏡（FAST）的觀測數據，在1-1.5GHz的頻率範圍內尋找暗光子暗物質產生的信號，給出了這個頻率範圍內對暗光子暗物質的最強實驗限制

儘管如此，暗物質的本質和特性仍然是現代物理學和天文學中的一個未解之謎。

5. 新的觀測項目

太陽

未來幾年，一些新的實驗和觀測項目將啓動，這些實驗可能會爲我們揭示更多關於暗物質的祕密

2024年將公佈一項探測軸子這種暗物質粒子的實驗結果，軸子被認爲由太陽釋放並轉化成了光，但這種微粒子也從未在實驗中觀測到過

暗物質是什麼

綜合上述的5種探測方法，截止目前均沒有成功探測暗物質的證據

科學家們提出了很多關於暗物質可能是什麼的想法。有的說它可能是弱相互作用重粒子（WIMPs），有的說可能是軸子或特殊的中微子

爲了找到這些粒子，科學家們在地下深處建造了實驗室，使用粒子加速器來嘗試製造和探測它們

暗物質未來的希望

儘管暗物質仍然是個未解之謎，但科學家們並未放棄

通過不斷設計新的實驗和望遠鏡，科學家們希望能在不久的將來揭開暗物質的神祕面紗

隨着技術的進步，我們對宇宙的理解將越來越深入

暗物質是宇宙中一個巨大的"祕密″，它雖然看不見，卻無處不在，深刻的影響着宇宙的每一處角落，它提供了無形的引力給予天體，穩定了星系的正常運轉

也許隨着研究的深入，我們能揭開暗物質的神祕面紗，一旦揭開這個謎題，這意味着也許會發現宇宙的"祕密″，更深入地瞭解我們所在的這個宇宙

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