什么是暗物质？都有哪些特性？-浩瀚科普

暗物质是一种还未被发现的假设中的物质形式，是宇宙的重要组成部分。根据科学家的预测：暗物质占全宇宙物质和能量的30.1%，暗能量则占69.4%，普通的可见物质占比只有0.5%。这里的可见物质就是我们所了解到的可见宇宙的物质——构成你我他和宇宙的各种元素都属于可见物质。

除此之外，在标准的Lambda-CDM宇宙学模型中，科学家预测构成宇宙的物质中有27%的是暗物质，另外还有68%的暗能量和5%的可见物质，所以暗物质占宇宙总质量的85%，而暗物质和暗能量占宇宙总质能的95%。

暗物质最初被称为“失踪的质量”，最早是由弗里茨·兹威基于1933年提出来的。它发现彗发星团中所有恒星的质量星系只提供了防止星系逃离星团引力所需质量的大约1%。

几十年来，这种失踪质量的真实性一直存在疑问，直到1970年代美国天文学家维拉鲁宾和肯特福特通过观察类似现象证实了它的存在：在典型星系中可见的恒星质量仅为保持这些恒星围绕星系中心运行所需质量的10%左右。

一般来说，恒星绕其星系中心运行的速度与它们与中心的距离无关。的确，轨道速度要么是恒定的，要么会随着距离的增加而略有增加，而不是像预期的那样下降。为了解释这一点，恒星轨道内的星系质量必须随着恒星与星系中心的距离线性增加。这就引入了一种看不见的物质——暗物质。

物质（暗物质和普通物质）占宇宙物质能量组成的30.6%。只有0.5%是恒星的质量，而0.03%的物质是比氢更重的元素。剩下的就是暗物质。已发现存在两种暗物质。第一种约占宇宙的4.5%，由熟悉的重子（即质子、中子和原子核），它们也构成了发光的恒星和星系。大多数重子暗物质预计将以气体的形式存在于星系内部和星系之间。暗物质的这种重子或普通成分是通过测量138亿年前大爆炸后最初几分钟内产生的比氢重的元素的丰度来确定的。

构成宇宙其他26.1%物质的暗物质是一种陌生的非重子形式。星系和由星系组成的大型结构从早期宇宙的密度波动中合并的速率表明，非重子暗物质相对“冷”或“非相对论”，这意味着星系和星系团的主干是由重的、缓慢移动的粒子组成的。这些粒子没有光也表明它们是电磁中性的。这些特性产生了粒子的通用名称，弱相互作用大质量粒子（WIMP）。这些粒子的确切性质目前尚不清楚，粒子物理学的标准模型也无法预测它们。然而，标准模型的一些可能扩展，如超对称理论，预测了假设的基本粒子，如轴子或中性子，它们可能是未被检测到的WIMP。

通过在实验室探测器中目睹它们的影响或通过观察它们碰撞后的湮灭。也有人期望它们的存在和质量可以从大型强子对撞机等新粒子加速器的实验中推断出来。

作为暗物质的替代方案，已经提出修改重力来解释“缺失物质”的明显存在。这些修改表明，普通物质施加的吸引力可能会在仅发生在银河系尺度上的条件下得到增强。然而，大多数提议在理论基础上并不令人满意，因为它们对重力的改变几乎没有或根本没有解释。这些理论也无法解释暗物质在子弹星团中与普通物质物理分离的观察结果。这种分离表明暗物质是一种物理现实，可以与普通物质区分开来。

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