关于暗物质的最新研究及发现论文

暗物质最早是由天文学家卡普坦在1922年提出的，当时他通过星系的运动推断出了星体间有一种人类目前还看不见的物质存在，这就是暗物质最早的由来，遗憾的是人类目前为止仍然没有找到暗物质的确切存在。 1933年天体物理学家兹威基通过光谱红移发现了星系外围恒星的运动速度竟然比星系中心恒星的运动速度还要快，按理来来说星系外围的恒星是不可能以如此高度速度运行的，因为外围恒星受到星系核心的引力本来就小，高速运动的话就会被甩出去。但观测到的事实就是如此，这就说明星系内核星系外一定有一个看不见的引力源，正是这个引力源让外围恒星告诉运动的同时不会被甩出去，这种看不见的引力源现象就是暗物质的存在的证明，科学家估计暗物质的质量至少是星系的上百倍，暗物质就像黏胶一样牢牢的把星系和星系团聚拢在一起。 科学界基于观测到的事实承认了暗物质的存在，但却迟迟没有找到暗物质的真身，世界各国都花了大力气去寻找暗物质的存在，我国的“悟空”号暗物质探测卫星自2015年升空以来就一直在寻找暗物质粒子，但目前仍然一无所获。科学家们通过对宇宙大尺度天体的判断，已经能够分析出暗物质的分布范围，相信在不远的将来一定可以发现暗物质的真身。随后，天文学家将普朗克卫星获得的热数据叠加在一起，以加强在星系间由SZ效应产生的信号。SDSS斯隆数字巡天星系巡天给宇宙的大尺度结构一个大致的形状，也绘制出了暗物质的可能分布。普朗克观测计划则在一个更好的精度下给出了全天的气体压力图。我们把这些数据集成起来，就可以用于探测宇宙网中的低密度气体以及暗物质，至少理论上是可行。此外，到目前为止，科学家叠加了260000对星系数据时，总叠加的星系超过一百万对。最终，这天文学家提出了暗物质丝状存在的强有力证据，尽管他们的测量数据有一点不同。这些丝状气体的密度是周围太空密度的3倍，也有的团队发现数值相当于6倍平均密度。这说明探测到宇宙网中的低密度气体数据可能与暗物质有关，而且另一个团队几乎使用了相同的方法得到非常相似的结果。或许暗物质的发现已经不远，它能回答一些关于宇宙诞生的奥秘。暗物质必须存在，而且我国的悟空卫星，也疑似观察到了暗物质粒子湮灭的迹象。 暗物质最初只是一个抽象的概念，代表人类暂时无法探测到的某种神秘物理量，但却表现出了引力效应。虽然，提出这个概念时，还没有人知道它到底是啥，虽然起名叫物质，但它肯定和我们常规的物质完全不同，只不过找不到更好的名词，暂时用这名而已。图示：暗物质分布图。 可观测宇宙中，只有4%是普通物质，剩下的96%都是暗物质和暗能量，所以它当然是存在的。1977年，宇宙物理学家们，正式将暗物质概念化，他们用暗物质来解释为什么星系旋转，以及星系中的恒星为什么会粘在一起，而不是向各个方向飞散。的确有飞进飞出星系的高速恒星，但它们的数量很少。图示：暗物质将用于解释为什么星系旋转以及为什么它们粘在一起图示：暗物质探测粒子卫星（悟空） 2017年，中国科学院公布，暗物质粒子探测卫星悟空，在太空中观察到一处异常的宇宙射线高能波动，这样的波动，此前从未被人类观察到过，它很可能与暗物质相关。因为，一些理论与此，暗物质会也可以分解为宇宙射线，尤其是电子和正电子对。 2018年12月最新新闻，一位科学家可能已经破解暗物质的秘密。 牛津大学James Farnes（法恩斯）博士提出最新猜想，暗能量和暗物质可以被统一在一起，虽然暗物质提供引力让星系稳定存在，同时暗能量提供斥力，让宇宙膨胀，让星系彼此间远离。但是，它们是一体的两面，他的论文发表在《天文学和天体物理学》期刊上，在论文中他说“我们现在认为 暗物质和暗能量都可以统一成一种具有'负质量'的流体 。” 法恩斯博士的猜想提供了暗物质晕行为的第一个正确预测。大多数星系旋转如此迅速，它们应该撕裂自己，而它们还能维持稳定，需要暗物质维持其稳定性。 而当使用新假说进行计算机模拟时，得到的结果竟然和现代射电望远镜观测推断出的结果一样 。 这也许说明，该假说是正确的。寻找暗物质已经成为许多物理学家毕生的追求，照理说在我们身边就有暗物质，但现在还没有任何确定性的证据说明暗物质存在。而好玩的是，一项新研究倒是发现了一个遥远的星系中不存在暗物质。 暗物质（dark matter）这个名称，就是因为科学家觉得这种东西躲在暗处怎么也找不到而提出来的。根据对宇宙的观测，许多天体及它们组成的星系都在高速运动，需要有强大的引力，才能避免这些星系分崩离析。但是已观测到的天体的质量无法提供这么大的引力，科学家就提出还有一种我们用现有手段怎么也探测不到的物质存在。我们不知其名，强名曰“暗物质”。 按目前的观测数据计算，宇宙中的暗物质数量应该比我们日常接触的常规物质要多得多，可能占到宇宙总量中的85%。比如我们所在的银河系，暗物质的量可能是常规物质的30倍，而在有的矮星系，暗物质可能是常规物质的400倍。 这么多的暗物质，照说应该在身边随手就能捞到一把。但目前的各种观测手段就是找不到它，许多科学家都在为此想办法，比如著名的华人诺贝尔奖得主丁肇中，就把他领导研制的暗物质探测器送上了国际空间站。中国在2015年发射了一颗暗物质探测卫星“悟空”，前一阵有消息说“悟空”发现了一些疑似信号，但离确凿证据还差得远。真要能探测到暗物质，至少是一个诺贝尔奖，一个还不一定兜得住。好玩的是，在大家拼命寻找暗物质的过程中，美国耶鲁大学的一个团队却报告说，发现在一个遥远的星系中不存在暗物质。他们在新一期英国《自然》杂志上发表的论文说，有一个代号为NGC1052–DF2的星系，分析了该星系内部10个亮星团的运动，结果发现由此推论出的该星系的总质量基本上与可见恒星的质量一样。也就是说，这里不需要暗物质，就能解释天体的运动。 这对于暗物质 探索 领域是一个大震荡。过去的理论都认为，暗物质是到处都有的，只是我们还 探索 不到它。而这个新发现则说明，在宇宙中有的地方是不需要暗物质这种假设的。所以相关的宇宙理论有可能需要修正，暗物质还真是一个捉摸不透的存在。 暗物质真存在吗？施郁（复旦大学物理学系教授）暗物质是指宇宙中这样的物质，它们通过引力效应显示出存在，但是在其它方面则没有迹象。 它们在宇宙大尺度机构的形成中扮演了重要角色。暗物质的存在具有非常有力的证据。 证据首先来自漩涡星系的旋转曲线。 旋涡星系中有一个平盘，其中的恒星作闭合轨道运动。 将这些恒星的速度作为它们到星系中心距离而作的曲线就是旋转曲线。这个曲线的行为表明，星系中的质量比发光物质的质量大。这就表明存在暗物质。在其他星系和星系团中，也有暗物质存在的证据。至于暗能量，是驱动宇宙加速膨胀的力量。因为物质产生的万有引力都是吸引作用，所以宇宙的膨胀照理要逐步减速。但是，近年来天文观测发现，宇宙的膨胀是在加速！这就需要一种排斥作用，使得宇宙加速膨胀，这就叫暗能量。关于暗物质和暗能量都由很多理论提出来。 比如暗物质方面，根据它们的运动速度是否远小于光速，可以将它们分为冷暗物质和热暗物质。后者的一个例子就是中微子。但是，中微子质量太小，不可能是唯一的暗物质。在冷暗物质模型中，暗物质粒子叫有质量的弱相互作用粒子（WIMP）。这个模型很好揭示了宇宙大尺度结构的形成。也有其它的暗物质模型，比如温暗物质、强相互作用暗物质、排斥作用暗物质、模糊暗物质、衰变暗物质、大质量黑洞。从粒子物理提供的候选者来说，还有轴子、超对称粒子等等理论预测的但实验上还未被发现的粒子。 暗能量方面，也有很多理论。有人认为是真空的一种性质，叫做宇宙学常数，也有人认为引力的基本理论（广义相对论）需要修改，也有各种关于暗能量的动力学模型，比如有一种叫做quentessence（精髓）。这些都是在研究中的问题，还没有定论。不排除将来有人用更有说服力的科学理论取代它们，但是要能够更好地揭示观测现象。要回答题主的问题，就要先来了解下什么是暗物质。 暗物质，顾名思义，与明物质不一样，所谓明，就是看得见，那暗物质简单点来讲，就是看不见，躲在暗处的物质。听起来简单粗鄙？实际上科学界也面临着如何定义暗物质这一难题，尤其是我们对暗物质知之甚少，所以暗物质至今并没有明确的定义。 目前科学界通行的做法是用一些特性来指明暗物质的特征，如看不见摸不着，不发光不发热，也不参与电磁作用等，但它又确确实实是存在的。 一头雾水有没有？既然暗物质看不见摸不着，那人类又怎么说它是存在的呢？原来，20世纪的时候，科学家们发现，宇宙正在不断膨胀，而且其中有一个叫宇宙微波背景辐射的东西，并由此推算出了宇宙的年龄、能量密度和膨胀速度等，可是在这个过程中，科学家发现，如果仅有现在人类观测到的粒子，宇宙是无法进化成现在的样子的，因此就推断，宇宙中还存在一种人类没发现或者说看不见摸不着的粒子，并给这类粒子取了个名字，就叫暗物质。 不仅如此，科学家们还发现，人类目前观测到的物质仅仅占宇宙物质的5%，剩下的95%则是我们不了解的暗物质和暗能量，它们才是宇宙的主宰者。 也正是因此， 探索 暗物质成为几代科学家魂牵梦绕的事，暗物质也被称为了物理学天空上的一朵乌云。理解了暗物质是什么东西，再来看题主的问题，这个人类看不见摸不着的暗物质真的存在吗？ 实际上，就在今天，朋友圈就被相关的消息正刷屏着。根据媒体报道，北京时间11月30日凌晨，我国首颗暗物质粒子探测卫星悟空发布了最新成果，根据过去530天的探测，悟空采集了大约28亿颗高能宇宙摄像，其中包含有150万颗25GeV以上的电子宇宙射线，尤其令科学家们兴奋地是，悟空还在处发现了异常的能谱精细结构。而这被认为是新粒子，甚至是暗物质粒子存在的证据。 当然，值得注意的是，截至目前，上述所说的悟空的新发现，都还只是“蛛丝马迹”，并不意味着就一定发现了暗物质。 事实上，目前世界上有多个国家的多个科学团队都在找寻暗物质的痕迹，即使是中国，除了2015年发射的悟空卫星外，也还有入地寻找的上海交通大学的PandaX实验组，他们希望通过寻找暗物质栗子与核子碰撞产生的信号来证明暗物质的存在。国际上，则有美国的费米大天区望远镜、电子对望远镜等，此外还有通过举行对撞机对撞的探测方法等，但是，如此大规模、长时段的投入，并没有获得实质性的进展，30年的暗物质 探索 之旅如今看来依然缺乏实质性的成果。暗物质当然存在了！ 说起暗物质，还要从宇宙大爆炸理论说起。科学家现在已经比较认可宇宙大爆炸理论。但是在当时该理论刚刚提出的时候，其面临的最严重一个问题就是，大爆炸之后的宇宙，单单靠万有引力和电磁力等等根本无法将很多物质聚合成一个个的天体。所以科学家就提出应该存在一种物质，它们只负责提供引力来使得很多物质可以能够在万有引力和电磁力的作用下形成天体。 但是，为什么人类直到现在仍然无法观察到暗物质呢？这主要是由于暗物质与中微子非常像。中微子个头小（只有电子大小的百万分之一不到）、不带电、可自由穿过地球，同时还几乎不与其它物质相互作用。同时，与中微子相比，暗物质还喜欢安静，因此它不会像中微子一样高调的以光速穿行。因此，人类就非常难以观察到它的行踪！暗物质和暗能量是不一样的东西哦，虽然听起来差不多，可是它们在宇宙中所占的比重、自身的性质、可观测效应都是非常不一样的。不过根据相对论，质量跟能量实际上同一种东西的不同形式，因此暗物质和暗能量属于同一个类别。但是，要回答你的问题还是需要分为暗物质和暗能量两个方面来回答。对于暗物质，这是一种占宇宙所有物质、能量大约25%的东西。之所以称呼它为“暗物质”，原因是现在大家还不能知道它到底是什么，因为它几乎不与其他物质发生相互作用。而我们知道，如果一个物体不参与电磁相互作用，那么我们就看不到它。如果一个粒子不与其他粒子发生相互作用，那么我们就没法探测到它。暗物质就是这样一种神奇的存在。既然探测不到，那凭什么认为它存在呢？原来啊，暗物质也不是什么相互作用都不参与，它参与引力相互作用。简单来说，我们观测星系绕其中心的转动曲线，可以反推出星系的质量分布。但是实验得到的结果证明星系的质量比用射电望远镜、光学望远镜和其他探测手段估算得到的质量要大得多。要解释这部分多余的质量，迫使人们引入“暗物质”作为替罪羔羊。当然你可以猜测是我们的引力理论出了问题，也确实有不少数不相信暗物质存在的物理学家在通过修改引力理论来解释星系旋转曲线。不过如果接受暗物质存在，那么对于暗物质的组成，也有许多不同的观点，比较流行的是认为暗物质由超对称粒子中最轻的粒子组成，或者由黑洞组成。至于占宇宙总质量70%左右的暗能量，则不同于暗物质，它是基于观测发现宇宙在加速膨胀而提出的。因为如果宇宙中以一般物质为主的话，宇宙在引力的作用下应该是收缩的。但是观测发现宇宙在加速膨胀，因此就提出了能够给宇宙提供“负压强”的暗能量宇宙学模型。因此，对于你的问题，暗物质和暗能量是否存在，目前还没有一个十分肯定的答案。只能说主流的观点认为，都存在。 正所谓“引力不够，暗物质来凑”。 暗物质是天文物理学家根据宇宙大爆炸理论发现，如果宇宙在大爆炸之后要聚合成现在这个模样，那光靠现有物质提供的引力是远远不够的。所以物理学家认为宇宙中应该存在大量的某种物质，它们只负责提供引力，不负责其它任何事情，也不和其它物质发生关系。 暗物质并不“暗“，并不会吸收光线，而是“透明”的。如果暗物质穿过我们的地球，对地球也没有影响。暗物质一开始是因为理论和观测不符而提出来的，后来科学家发现了很多暗物质存在的间接证据，但我们到目前并没有明确发现暗物质。 暗物质刚提出来时，其实在科学界也是有很大争议的。如果理论和观测不符，就可以想出某种东西，来“强行”使之符合，似乎也有点违背科学精神。 这样的话，直接想像出一个“鬼魂”也行啊！ 当然，随着各种证据越来越多，现在争议也少了很多。但离真正“发现”暗物质，我们还需要时间。想知道暗物质存不存在，首先就来简单了解一下什么是暗物质。简而言之，暗物质就是一种比电子和光子还要小的物质，不带任何的电荷，也不会与电子发生干扰，正因为此，我们也很难观测到暗物质。 但是暗物质却是宇宙中重要的组成部分，虽然暗物质的密度很小很小，但是密布整个宇宙，所以暗物质的总质量是很大的，根据现代的宇宙天文观测和宇宙大膨胀理论表明:宇宙中我们能够看到的物质只占了不到5%的质量，而看不见的暗物质，占据了超过了95%的质量。 1937年，天文学家扎维奇发现，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，然而星系的运行速度却远远超出了万有引力公式计算得出的结果，这表明了除了人类已知的星系团核心物质对该星系的引力之外，还应该存在其它的引力。在此基础之上，科学家进一步提出，还有一种不能被观测到的物质存在，并且将其命名为暗物质。星系中直接可见的物质产生的引力，远远不足以将各个星系聚拢在一起，如果用标准的物理定律来计算引力的话，学术界就需要引入暗物质这种物质来解释那一部分额外的力。 而拥有当今世界上最灵敏的暗物质探测仪器的科学团队报告称，他们没有能够找到这种粒子，长时间的一无所获对物理学家此前提出的理论带来了巨大的挑战。自从上个世纪80年代以来，科学家已经普遍接受了暗物质的存在，因为这一理论可以很好解释为什么星系在高速运转的过程中还能够保持完整而不是像一盘散沙四散开来。人类花费了几十年的时间建造验证理论的先进实验仪器，但是所有的努力却没有带来什么大的进展，对于那些一开始就认为暗物质根本就不存在的少数科学家而言，暗物质迟迟不能被发现对于他们来说倒是很受鼓舞，但是绝大多数的科学家坚信，暗物质一定存在，只不过找寻的过程可能会异常艰辛。

据外媒报道，暗物质被认为可能是宇宙物质的主要组成部分（占宇宙质量约85%），其是不可见的，不容易被发现。它的属性也仍然相当不明显。现在， 加州大学河滨分校（UCR）的一位理论粒子物理学家及其同事在《高能物理学杂志》上发表了一篇研究论文，表明假设存在一种新型力量的理论如何能够帮助解释暗物质的特性。

物理学和天文学副教授、该论文的资深作者Flip Tanedo说：“我们生活在暗物质的海洋中，但我们对它可能是什么知之甚少。它是自然界中最令人困扰的已知未知数之一。我们知道它的存在，但我们不知道如何寻找它，或者为什么它没有出现在我们预期的地方。”

这项新的研究提出在时空中存在一个额外的维度来寻找暗物质，是Tanedo领导的加州大学河滨分校一个正在进行的研究项目的一部分。根据这一理论，一些暗物质粒子的行为并不像粒子。实际上，不可见的粒子与更多不可见的粒子相互作用，使后者不再像粒子那样表现。

“我过去两年的研究计划的目标是将暗物质'说话'的想法扩展到暗能量，”Tanedo说。"在过去的十年里，物理学家们已经意识到，除了暗物质之外，隐藏的暗能量可能支配着暗物质的相互作用。这些可以完全改写人们应该如何寻找暗物质的规则。"

如果两个暗物质的粒子相互吸引或排斥，那么暗能量就在运作。Tanedo解释说，暗能量在数学上被一种具有额外维度的理论所描述，并作为一种连续的粒子出现，可以解决在小型星系中看到的困惑。

他说：“我们正在UCR进行的研究项目是对暗能量建议的进一步概括。我们观察到的宇宙有三个维度的空间。我们提出，可能有一个只有暗能量知道的第四维度。额外的维度可以解释为什么暗物质在我们试图在实验室中研究它的过程中隐藏得如此之好。”

Tanedo解释说，尽管额外维度听起来像是一个奇特的想法，但它们实际上是描述“共形场论”的一个数学技巧--高等量子力学的普通三维理论。这些类型的理论在数学上很丰富，但不包含传统粒子，因此通常被认为与描述自然无关。这些具有挑战性的三维理论和更易操作的外维理论之间的数学等价关系被称为全息原理。

“由于这些共形场论既困难又不寻常，它们还没有真正被系统地应用于暗物质，”Tanedo补充说。“我们没有使用这种语言，而是用全息外维理论工作。”

外维理论的关键特征是，暗物质粒子之间的力是由无限多的不同质量的粒子描述的，称为连续体。与此相反，普通的力是由具有固定质量的单一类型的粒子描述的。这类连续体-暗部门对Tanedo来说是令人兴奋的，因为它做了一些 "全新和不同的事情"。

据Tanedo说，过去关于暗物质的工作主要集中在模仿可见粒子行为的理论上。他的研究项目正在 探索 更极端的理论类型，大多数粒子物理学家认为这些理论不太有趣，也许是因为现实世界中没有类似的东西存在。在Tanedo的理论中，暗物质粒子之间的力与普通物质感受到的力有惊人的不同。

"对于我在物理学入门课程中讲授的引力或电力，当你把两个粒子之间的距离增加一倍时，你的力会减少四倍。另一方面，一个连续的力，则减少了多达8个系数。"

这种额外维度的暗力有什么影响？由于普通物质可能不会与这种暗力相互作用，Tanedo转向了自交暗物质的想法，这个想法由加州大学洛杉矶分校物理学和天文学副教授于海波首创，他不是论文的共同作者。于海波表明，即使在没有与正常物质发生任何相互作用的情况下，也可以在矮球状星系中间接地观察到这些暗力的影响。Tanedo的团队发现连续力可以重现观察到的恒星运动。

Tanedo说：“我们的模型走得更远，比自相作用的暗物质模型更容易解释暗物质的宇宙起源。”接下来，Tanedo的团队将 探索 "暗光子 "模型的一个连续版本。

Tanedo说：“这是一个更现实的暗能量的画面。暗光子已经被研究得非常详细，但是我们的外维框架有一些惊喜。我们还将研究暗能量的宇宙学和黑洞的物理学。”

Tanedo一直在勤奋地工作，以确定他的团队在寻找暗物质方面的 "盲点"。“我的研究计划针对的是我们对粒子物理学的一个假设：粒子的相互作用是由更多粒子的交换来充分描述的，”他说。“虽然这对普通物质来说是真实的，但没有理由对暗物质进行这样的假设。它们的相互作用可以通过交换粒子的连续体来描述，而不是仅仅交换单一类型的力粒子。”