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如果一个外星人试图从另一个平行宇宙访问我们的宇宙，他可能根本不会注意到我们的存在。

从某种意义上说，这是显而易见的:宇宙太大了，而地球只是一个微小的淡蓝色的点。但更糟糕的是:外星人可能会忽略所有恒星、围绕恒星运行的行星，甚至是漂浮在太空中的巨大尘埃云。

然而，所有这些熟悉的东西只占宇宙物质的一小部分。宇宙的其余部分由地球上人类从未见过的其他一些“东西”组成。

物理学家称之为暗物质。如果宇宙中没有暗物质，宇宙中的星系就会飞走。没有人确切知道暗物质是什么，但物理学家们正热切地追寻它的踪迹。

你周围看到的一切——从你的身体到你站的星球和天空中的星星——都是由原子组成的。所有这些原子都是由更小的粒子组成的，例如质子和中子，其中许多粒子可以进一步分解。

兹维奇是一个疯狂的理论家。他把所有他能观察到的力量加起来，发现它们仍然不足以解释事实。

20世纪初，当物理学家开始理解原子的组成时，我们似乎就要理解宇宙中所有物质的本质了。但是在1933年，一位名叫弗里茨·兹维奇的瑞士天文学家提出，宇宙的大部分必须由一些完全不同的物质组成。他把他能在星系团中观察到的所有物质的质量加在一起，发现这些质量产生的引力不足以把星系聚集在一起。

“与此同时，兹维奇观察到的星系‘旋转得太快’，以至于以如此快的速度，它们很久以前就应该跳出去分散在整个宇宙中了。”英国达勒姆大学的理查德·梅西说:“宇宙中的每个星系都像旋转太快的旋转木马。车上的乘客会被扔出去！”

兹维奇意识到宇宙中一定还有其他物质，有些物质他无法直接观察到，但却有足够强大的引力将星系维系在一起。他称这种未知的物质形式为“黑暗”

当时，他被认为是一个怪人，他的理论没有得到重视。直到20世纪70年代，天文学家薇拉·鲁宾发现我们周围的星系旋转的方式有问题。

这些星系中一定有什么东西在起作用，阻止恒星离开星系。

在我们的太阳系里，有一个简单的规则:行星离太阳越远，太阳引力对它的影响就越弱。结果，地球将运行得更慢，它的公转将需要更长的时间。同样的规则也应该适用于围绕星系中心运行的恒星:随着引力减弱，离星系中心最远的恒星也应该以最慢的速度运行。

然而，鲁宾发现离星系中心最远的那颗恒星和靠近星系中心的那颗恒星跑得一样快。鲁宾认为这些星系中一定有什么东西在起作用，从而阻止这些恒星飞离星系。归根到底，也就是说，兹维奇是在正确的轨道上。

基于我们目前对宇宙的理解，天文学家认为暗物质在宇宙的形成中发挥了重要作用。

几乎从140亿年前大爆炸后的那一刻起，宇宙开始迅速膨胀，星系团开始形成。然而，宇宙的膨胀速度并不足以让所有的星系飞到宇宙的角落。这是因为，尽管暗物质看不见也摸不着，但它把宇宙中的一切都聚集在了一起。

暗物质(红色)、光(黄色)和星系(蓝色)示意图

从某种意义上说，暗物质就像风。我们不能直接看到它，但我们知道它在那里。更重要的是，宇宙中暗物质的数量非常大:大约占整个宇宙的25%。有时人们说宇宙中大约80%的物质是暗物质。这是因为只有30%的宇宙是由物质组成的，其余的是能量。

20世纪80年代，暗物质的第一个确凿证据出现了。

暗物质是骨架，普通物质挂在暗物质的骨架上。

1981年，在哈佛大学，由马克·戴维斯领导的团队进行了最早的星系调查。他们意识到星系不是以统一的模式排列的，“不是像蛋糕上的糖衣一样均匀分布”。

事实上，星系已经聚集成大的星系团，每个星系团包含数十万个星系。这些星系团形成了一个被称为“宇宙网络”的复杂模式。这个网络被暗物质联系在一起。

换句话说，暗物质是骨架，普通物质挂在暗物质的骨架上英国剑桥大学的卡罗琳·克劳福德说，“我们知道暗物质存在于早期宇宙中。把这些材料放在一起是非常重要的。只有这样，宇宙才能继续发展，成为我们今天看到的结构。”

英国达勒姆大学的卡洛斯·弗兰克说:“这些星系团的发现引起了轰动。”他当时的老板戴维斯给他布置了一项挑战性的任务:找出星系为何以这种方式排列。

有这种炽热暗物质的宇宙与真实的宇宙完全不同。

当弗兰克开始研究时，他发现有人声称已经解决了这个问题。1980年，由v a .鲁比莫夫领导的俄罗斯研究小组对暗物质提出了一种可能的解释，人们认为暗物质是由中微子组成的。

这是有一定原因的。中微子是黑暗的幽灵粒子，几乎不与其他物质相互作用。研究人员认为所有中微子的质量总和可能是宇宙中缺失的质量。

但是这里有一个问题。中微子是热暗物质，这意味着它们非常轻，可以快速移动。当弗兰克试图模拟一个充满炽热暗物质的宇宙时，他发现它根本不起作用。

“令我们失望的是，我们发现有这种炽热暗物质的宇宙与真实的宇宙完全不同。”弗兰克说，“有炽热暗物质的宇宙非常完美，但它不是我们生活的宇宙。在那个宇宙中，应该有一个巨大的超星系团，但在我们的宇宙中却没有这样的东西。”

暗物质必须是“冷”的，并且移动非常缓慢。下一步是找出这个冷暗物质的位置。

虽然我们不能直接看到它，但暗物质做的一件事会暴露自己。它会弯曲穿过它的光线。这与光线穿过游泳池或结霜的浴室窗户时的情况有些相似。

这种效应被称为引力透镜效应，可以用来计算暗物质在哪里。利用这项技术，科学家们正在绘制宇宙中暗物质的地图。

当然，目前的地图太粗糙，无法显示任何细节。加州理工学院美国宇航局喷气推进实验室的加里·普劳说:“这就像说你已经对地球上的大陆有了基本的了解，现在你真正感兴趣的是这些大陆上山脉和湖泊的形状。”

泽普林三世

然而，我们至少对暗物质在哪里有一个粗略的概念。然而，我们仍然不知道暗物质是什么。

对此，人们提出了几种观点，其中最流行的观点是暗物质是由一种新粒子组成的，这种粒子可以从理论上预测，但从未被观测到。他们称之为“弱相互作用的大质量粒子”(英文缩写WIMP)。

软骨头只是一个标签。它可能包含许多不同种类的粒子。

"对于我们生活的世界来说，软骨头在各个方面都很脆弱."诺丁汉大学的安妮·格林说:“首先，它们不会相互作用，更不用说和普通物质了。当你撞到墙上时，你的手会撞到墙上。然而，当一个软骨头与墙或另一个软骨头碰撞时，它通常会直接穿过另一个。尽管它们的大小不一定很大，但WIMP的质量非常大，可能是质子质量的数百到数千倍。”

问题是我们不知道它有多重。

“软骨头只是一个标签。它可能包含许多不同种类的粒子。”梅西说，“更糟糕的是，它们来去无踪，所以很难发现它们。”

此时此刻，你可能会感到失望，已经开始放下武器，准备投降。“起初，他们认为这种看不见、摸不着的物质存在于宇宙的每一个角落，现在，他们认为这种物质是由一些无法被探测到的新物质组成的！这太荒谬了！”你不是第一个这么说的人。

任何想创造新的引力理论的人都必须比爱因斯坦强。

早在1983年，一些物理学家就提出所谓的暗物质根本不存在。相反，他们认为万有引力定律肯定是错误的，这就是为什么星系的行为如此奇怪。这种观点被称为“修正牛顿动力学”，缩写为MOND。

“我们正在阅读宇宙中的“旋转木马”(这里的“旋转木马”指的是星系)。”梅西说，“在我们知道重力如何工作的前提下，如果我们仔细观察这些‘旋转木马’的运动规律，也许我们误解了重力定律，从而误解了证据。”

问题是MOND的支持者至今未能提出暗物质的可行替代方案。他们的观点无法解释已知的观测数据。“任何想创造新的引力理论的人都必须比爱因斯坦强。他必须能够解释爱因斯坦已经解释过的所有现象，以及暗物质。”

2006年，美国宇航局发布了一张壮观的图像。对许多研究人员来说，这张图片的发布完全宣告了MOND的失败。

这是一张显示两个巨大星系团碰撞的图片。由于大部分物质明显集中在中心区域，我们可以推测那里是万有引力最集中的区域。

有三种方法可以找到暗物质

但是在其边缘区域，光线也会在重力的作用下弯曲。这意味着还有另一种形式的物质。

如果这是正确的，那么我们将回到问题开始的地方。挑战是在不知道我们在寻找什么的情况下找到暗物质。

这听起来比大海捞针更糟糕，但事实上，有三种方法可以找到暗物质。

第一种方法是观察宇宙中暗物质的活动。利用现有的宇宙暗物质图来监测它的行为，天文学家也许能够探测到偶然的暗物质碰撞。

暗物质通常直接穿过正常物质，没有任何相互作用。然而，由于它们的数量很大，暗物质会在非常偶然的情况下“踢”原子，导致原子像台球一样往后坐。这次碰撞应该会产生极高能量的伽马射线。"在这种极其罕见的情况下，暗物质也能发光."弗兰克说。

格林说，他们已经进行了一些探测实验，并正在努力寻找这样的核反冲事件。

2014年，利用美国宇航局强大的费米太空望远镜的数据，研究人员声称他们已经探测到了来自这些撞击事件的伽马射线。他们发现伽马射线爆发似乎存在于银河系的一个区域，可能来自暗物质。

这次爆发的模式与理论模型是一致的，但是科学家仍然困惑于它们是否真的起源于暗物质，因为脉冲星或恒星在死亡时也会产生同样的伽马射线。

暗物质之间偶尔会发生碰撞，也有一种观察它们的方法。

梅西的团队目前正在监控一些剧烈碰撞的星系。他们预计这些星系中的所有暗物质会直接穿过彼此。但令我们惊讶的是，一些暗物质似乎已经减速并落在它们所在的星系后面。

这一现象表明，这些暗物质相互作用。“如果是这样的话，那么这将是我们掌握的第一个证据，证明暗物质与外部世界相互作用。”梅西说。

然而，上述两种方法都有一个主要缺陷:你不能抓住一个星系大小的暗物质云，然后在显微镜下仔细观察它。它们太大了，离我们太远了。

因此，探测暗物质的第二种方法可能是制造暗物质。

尽管大型强子对撞机确实产生了一些暗物质，但实际上探测器可能无法探测到。

物理学家希望这可以通过强子对撞机来实现，比如瑞士日内瓦的大型强子对撞机。

大型强子对撞机使质子能够以接近光速的速度相互碰撞。这种碰撞产生的能量足够强，可以将质子分裂成质子集合体。因此，大型强子对撞机可以用来研究这些亚原子碎片。

英国伦敦大学国王学院的马尔科姆·费尔贝恩说，在如此强大的碰撞中，可能会发现一些新粒子，如软物质。

他说:“如果暗物质确实是由弱相互作用粒子构成的，并且我们在大型强子对撞机中发现了这种粒子，那么我们很可能知道宇宙中的暗物质到底是由什么构成的。”

然而，如果暗物质不是理论上预测的软物质，那么大型强子对撞机将无法探测到它。

这里还有另一个问题:即使大型强子对撞机确实产生了一些暗物质，探测器在实践中也可能无法探测到。

“实际情况可能是这样的:系统发现一组粒子朝一个方向运动，而另一个方向什么也没有。”费尔贝恩说:“发生这种情况的可能性只有一种，那就是，向另一个方向移动是探测器无法探测到的，这可能是暗物质粒子。”。

如果这种方法也失败了，物理学家还有第三个选择:深入地下。

在一些古老的废弃矿井和深山里，科学家们正等待着有一天弱相互作用粒子与普通物质碰撞，就像费米太空望远镜在深空观察到的那种碰撞一样。

每秒钟有数十亿个暗物质粒子穿过我们的身体。"它们在你的办公室，你的房间，任何地方."弗兰克说，“每秒钟有数十亿个暗物质粒子穿过你的身体，你却没有注意到。”

理论上，我们应该能够监测到这些撞击产生的伽马射线闪光。但问题是有许多其他的东西穿过你的身体，包括宇宙射线，这将淹没暗物质粒子产生的信号。

因此，人们想到了地下实验，利用厚厚的岩石层阻挡大部分宇宙射线，因为暗物质粒子可以穿过岩石层。

但到目前为止，我们还没有找到令人信服的信号。2015年8月发表的一篇论文称，异种1

00探测器，到目前为止还是一无所获。

以前也有过几次误报。几年前，一个研究小组声称在他们的暗物质实验中发现了暗物质，但是大多数物理学家认为他们发现的不是WIMP。

这是一个耻辱的专栏，时刻提醒我们，要真正理解我们的宇宙，我们还需要走多远。

“最后，我们必须用不止一种方法来观察暗物质。只有这样，我们才能确认实验室里观察到的粒子与星系中的暗物质是一样的。”费尔贝恩说。

目前，我们对宇宙的大部分仍然一无所知，我们也不知道这种情况会持续多久。

包括弗兰克在内的一些宇宙学家相信，我们可以在未来10年内找到答案。然而，其他宇宙学家，如格林，不够自信。她认为，如果大型强子对撞机在不久的将来找不到任何东西，这可能意味着我们正朝错误的方向看。

自兹维奇第一次提出暗物质的存在以来，已经过去了80多年。我们还没有获得暗物质的样本，甚至不知道它们是什么。这是一个耻辱的专栏，时刻提醒我们，要真正理解我们的宇宙，我们还需要走多远。我们可能知道各种各样的事情，从宇宙的开始到地球上生命的进化。但是我们宇宙的秘密仍然需要被揭示。

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