宇宙暗物质研究进展论文

60多亿公里外的太空是什么样的景象？随着当今世界航空技术的突飞猛进，我们有了 探索 更远太空的手段。星际探测器作为航太空最顶尖的手段，成为许多国家 探索 外太空的秘密武器，其中美国独立研发的 “新视野号” 更是成为 研究外太阳系 的前沿力量。

在2019年年初，新视野号离开太阳系，进入新的太空领域——奥尔特云，此时它距离我们人类已经有了64亿公里。在第一次传回的数据中，一幕外太空的奇妙景象引起了科学家的注意。

通常我们认知中的外太空是漆黑的，被一片无尽的黑暗所笼罩，但在新视野号在距离地球64亿公里发回的照片中，科学家们却看见了远远超出自身想象的景象—— 黑暗的宇宙空间中不断发出亮眼的闪光，这个空间的明亮度比科学家推算的模型明亮度大得多，甚至达到了建模的两倍。

这一现象引发了科学界的地震，各种假说如雨后春笋般涌现，对于当下宇宙论的质疑声越来越大。 亮光从何而来？宇宙究竟发生了什么？宇宙中是否还存在着其他神秘的物质？

科学家们在新视野号进入64亿公里外的太空后便马不停蹄地进行数据的收集和验证，随着研究的深入， “暗物质” 这一宇宙中神秘的黑体重新进入了大众的视线。

新视野号是由美国航空航天局（NASA)研发的一款冥王星探测性，于2006年1月19日在佛罗里达州卡纳维拉尔肯尼迪航天中心成功发射升空。

作为世界上第五个飞离太阳系的无人探测器， 新视野号于2019年1月1日飞跃了迄今为止距离人类最遥远的天体 ——一个被命名为“天涯海角”的小行星，它与地球的距离已经达到了64亿公里。在这里，新视野号拍到了令人震惊的宇宙影像。

“双曲余弦值”是科学家在进行空间建模时常使用到的推导函数公式，根据新视野号从外太空传回的照片科学家能清晰地 看见大量神秘的发光物质 ，最令人诧异的是，64亿公里外的空间居然比建模明亮的多， 是模型的两倍双曲余弦值之多 ！

这一科研成果令人震惊的原因在于，以现阶段人类掌握的理论和技术来看，根本 无法对这些光线的来源进行具体的解释 ，因此这一神秘的现象确实是超脱人类认知的。

如此高的亮度出现在64亿公里外的外太空，神秘的亮光一直存在，似乎都在暗示着人类：太空物质的成分并不是这么简单，新的太空物质或许才是宇宙的主体，而 此前科学家对于暗物质的认知是否会被颠覆呢？

现下学界认定的宇宙论是在现代数学方法和物理理论的理论支撑下诞生的，同时也离不开现代天文学观测成果的佐证。

宇宙论的存在为研究宇宙的物质成分、演化过程和结构提供了理论基础， 现阶段只适用于可观测的结构和内容 ，因此宇宙中 还有许多问题尚待解决 。例如恒星的起源、星系的诞生、宇宙物质的分布等等，其中宇宙论中最为核心的问题便是 对于宇宙成分的研究 ，这是解开宇宙物质的关键性问题。

宇宙论中对于太空物质的研究还处在初级的阶段。科学家认为，要想弄清楚64亿公里外的光线从何而来，就 必须弄清楚这是什么物质 。宇宙中绝大部分成分是由暗物质、暗能量和普通物质组成，其他为反物质和电磁辐射，其中电磁辐射质量太小，可忽略不计（约占宇宙总质量的到）。

整个宇宙物质结构中，各太空物质的比重在不断变化，其中包括了原子、各星系、恒星的普通物质只占到宇宙总质量的。另外两类成分中，暗能量作为现阶段宇宙论中宇宙物质的主体， 占比达到了 。 暗能量是宇宙不断膨胀，质量不断增加的驱动者，它主导了宇宙的不断运动。

暗物质占比为，这种尚未被确认的神秘物质和基本物质、暗能量一起广泛均匀地分布在约3亿光年长的空间中，虽然在宇宙总质量（能量）中不到三分之一，却占 据了宇宙中的总物质量 。直到今天也并没有被明确地探测到，因此它也是现代天体研究和宇宙物质研究的一块荒漠。

而剩余的在宇宙质量中占比不到5%的 普通物质 ，却 成为了科学家研究神秘光源的起点 。

普通物质中包括了我们能探测到的 恒星和星系 ，我们从星系中看见的光正是恒星发出的，比如太阳系中的太阳，它们以四种物质形态存在于宇宙中，分别是 固态、气体、液体和等离子体。

明物质与暗物质在宇宙论中又是怎样的关系呢？首先可以肯定的是，新视野号传回的太空奇景已经让科学家将重心放在了明物质与暗物质的研究上，尤其是 对于暗物质的重新审视和 探索 。

简单地说，明物质就是经过科学观测和理论推导后我们能观察到的物质，而暗物质就是不能观察推导和利用的物质，它们本身是相对的概念。在当下的宇宙论中，明暗物质在宇宙中广泛存在，而区分物质是否为暗物质则需要通过 对其能量强度的观测 。

如果物质作用于环境时的 光子信息能量强度比较大 ， 灵敏度达到了人们观察利用的范围 ，那么我们可以认定这种物质为 明物质 。反之，如果它与环境作用的光子信息能量很小，没有达到人类可观测的范围，那么就是暗物质。

换句话说，如果环境中 没有光子原子 这样的物质基本单位，光子原子也 没有运动 ，物质便不能与环境作用光子信息，这样的物质 不会被我们检测到 ，所以它是不会存在的，我们就可以认定这是 暗物质 。

但是， 自然界的暗物质是不存在的 ，在宇宙中却有着 大量的分布 。我们可以对暗物质下一个定义： 暗物质自身是相对于明物质而存在的 。它的光子信息没有与周围环境相互作用，因此自身光子总量和运动量都没变化，时间空间对他来说并无意义。

问题的关键在于，宇宙中的时间是永恒的，对于暗物质来讲，在宇宙中的释放的光子信息能量会更强烈。因此 科学家猜测：新视野号探测到的神秘光线就是大量的暗物质。

将64亿公里外的神奇景象视为暗物质的作用，显然对于当下科学界对于宇宙物质的认知有了冲突。

首先我们要对宇宙中的暗物质有个基本的认知。这是一种科学家引入的概念，并非是 根据现有的物理数学定律推导出的理论 ，严格意义上说是为了证明科学家在宇宙中观测到的某些现象的合理性而存在的。

作为一种神秘的太空物质，它在电磁波谱中不会显现，只会通过引力的相互作用显示出来，因此，占比达到宇宙总质量约三分之一的这一物质形式，至今仍未被科学家找到。

距离地球64亿公里外宇宙亮度大幅度超出科学家预估，一方面说明太阳系外仍然存在着大量的 气体云分子 ，这些气体云分子能反射太阳光，使得宇宙中亮度提高。另一方面便是和科学家现有研究理论相冲突的部分： 暗物质作为宇宙的重要组成部分 ， 在64亿公里外的太空空间（奥尔特云）里 ， 占比居然达到了85%以上 ！

科学家通过对暗能量和普通物质的观测对比后发现，暗能量在这片星云中比重骤降， 奥尔特云中的暗物质不仅是宇宙亮度提升的关键，也成为了绝对质量的组成部分。 这样惊人的比重直接颠覆了科学家对于宇宙物质组成的认知，暗物质对于宇宙奇观的塑造迫使科学家不得不重新划分宇宙中三大物质（暗能量、暗物质、普通物质）的成分占比。

对于暗物质的研究起源于上世纪30年代，在进行星系中心不同半径处物质旋转速度的研究过程中，科学家发现物质围绕中心旋转的速度都差不多，即使它们距离中心距离不同。

星系外围的旋转速度对比模型来讲要快很多 ，测量出来的星系旋转曲线大多平直。随后科学家们进一步观测证实，这种现象在宇宙星系中普遍存在。但观测到的星系可见物质质量远不足以提供维持星系平直型旋转曲线的引力，那么星系中就必然存在某种未知不可见的东西。

为维持星系旋转提供额外的引力，20世纪80年代，科学家提出了 “暗物质”假说 ，来形象地 指代那些不可见的未知东西 。

弗里兹·扎维奇在提出暗物质这一概念时说到。

在宇宙中，暗物质可能是由奇异的亚原子粒子等组成的一团云团在活动中释放的能量体，这是科学界对于暗物质最清晰的界定。

2020年9月9日《物理评论快报》上发布了一篇论文，标志着我国科研团队在暗物质上研究取得了重大进展。

清华大学教物理系副教授安海鹏、博士后杨大能与加州大学教授郁海波合作的项目取得的成果显示： 星系中暗物质的缺失与暗物质自身相互作用有关 。清华大学科研团队认为，这一理论或许能为64亿公里外的神秘光线来源提供佐证。

64亿公里外的太阳系为何如此明亮，如今科学家认为这是暗物质运动的结果。对于暗物质的深入研究随着新视野号的启航再次启动，科学家如今已经得出了如下结论：

宇宙中暗物质的存在是 解开宇宙物质成分之谜 的重要一环，对于当今宇宙论影响深远，宇宙物质的组成和比重将重新计算， 暗物质是否才是宇宙主体 这一问题也将伴随着太空研究继续下去。

2021年3月30日，詹姆斯韦伯望远镜发射升空，他将和新视野号一起，共同探求64亿公里外的宇宙。作为哈勃空间望远镜的继承者，它将 带领人类构建新的宇宙结构 ，“这是一项全球性的科学努力”，美国太空望远镜科学研究所所长庞托皮丹这样说。

新视野号如今仍在太阳系外的星云中穿梭，源源不断地将资料传输到地球。先进的太空 科技 手段 为人类打开了 探索 外太空的大门，也带来了许多谜团 。一张太空奇观的照片就能颠覆科学家百年来对于宇宙的认知，暗物质也成为当今太空物理研究的主题。

人类对于暗物质的研究还没停下脚步，科学家认为，人类 科技 也必将随着暗物质研究的深入而进步，人类对于宇宙的认知还处在皮毛的阶段。相信在未来，暗物质的迷雾将被拨开， 我们终将解开宇宙构成和运行的奥秘。