既然暗物質(zhì)遍布宇宙，人類為啥感知不到，卻又能知道確實(shí)存在？

要說清這個問題，需要先弄清三個基本問題，即：1、人類如何感知這個世界；2、暗物質(zhì)的存在方式；3、人類感知到了暗物質(zhì)的存在嗎？

弄清了這三個小問題，這個大問題就解決了。下面就來談?wù)勎业目捶ǎ簿褪菍⒁阎目茖W(xué)常識通過本人理解，通俗地與各位朋友討論分享。

先說說人類如何感知這個世界這個世界上存在著四種基本作用力，即強(qiáng)相互作用力、弱相互作用力、電磁相互作用力、萬有引力相互作用力，簡稱強(qiáng)力、弱力、電磁力、引力。這四種力主導(dǎo)著這個世界的一切運(yùn)動，也就是包羅萬象，都脫離不了這四種基本力，其中就包括你我他在這個世界里的一切活動。

而人類感知世界主要依靠的是電磁作用力，這是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷牧?。不要把電磁力狹隘地理解為電流或無線電作用，包括我們理解或者不理解的化學(xué)、物理所有現(xiàn)象，都是電磁力的表現(xiàn)。

為什么這樣說呢？因?yàn)閺?qiáng)力和弱力只作用于原子及亞原子層面，超出原子層面就不存在了；引力無處不在，凡有質(zhì)量就會產(chǎn)生引力，但引力是四種力中最弱小的力，除了我們被重力吸附在地球表面，平時(shí)人們很難感受到。

這樣，我們?nèi)祟愔苯痈兄@個世界的所有方面，包括吃喝拉撒，坐著不動，或與人見面，說說話，握握手，都是通過電磁力相互作用。

理論上，電磁作用力就是帶電荷的粒子或具有磁矩粒子通過電磁場傳遞著相互作用，又叫洛倫茲力，傳遞的媒介是光子。我們知道，這個世界所有的物質(zhì)都是由原子組成的，而原子是由原子核和電子組成的，其本身都帶有電荷，只是由于原子核與電子的正負(fù)電相等，因此原子才呈現(xiàn)出中性。

當(dāng)原子與原子之間碰撞和接觸，被接觸的部分原子表面電子就相互發(fā)生作用了，由此產(chǎn)生電磁力刺激，這就讓我們產(chǎn)生了感覺。人類的視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、思維都是電磁力的結(jié)果。

視覺依靠光子傳遞；聽覺是機(jī)械波，是傳遞介質(zhì)中的分子原子振動傳遞；嗅覺是某物質(zhì)揮發(fā)在空氣中的分子、原子接觸人類的嗅覺器官，發(fā)出電刺激的結(jié)果；觸覺是摩擦力的一種表現(xiàn)，是身體表面分子與其他物體分子接觸產(chǎn)生電磁力傳導(dǎo)的結(jié)果；思維更是腦電波在神經(jīng)細(xì)胞和突觸等結(jié)構(gòu)中運(yùn)動的結(jié)果。

我們接觸到的各種電波，光和熱等一切事物，都是電磁作用力的結(jié)果。電磁作用力強(qiáng)度是僅次于強(qiáng)力的一種力，理論上傳播距離無限遠(yuǎn)，因此我們通過望遠(yuǎn)鏡能夠看到130多億光年的星系。

理論上，只要具有電磁作用力的物質(zhì)，能夠與光子發(fā)生交互作用，都能夠被人類所發(fā)現(xiàn)或看到。如某物體在光照下發(fā)生反射、折射、衍射，就會被人眼或電磁儀器捕捉到；或能夠與物質(zhì)的原子分子發(fā)生交互作用，也能夠被觀測和感覺到。

可暗物質(zhì)完全沒有電磁力首先，暗物質(zhì)不與光子發(fā)生作用，在光照下不會發(fā)出任何反射、折射、散射、衍射，對光完全透明，人眼無法觀測。這至少說明它不是由原子或者亞原子等帶電荷的基本粒子組成，因?yàn)檫@些粒子只要帶電荷就受電磁力約束，就會與各種帶電粒子，包括分子、原子、質(zhì)子、電子、光子發(fā)生作用。

基于此，暗物質(zhì)不光是隱形的，也不會被人類觸覺、聽覺、嗅覺所感知。因此，理論上我們周圍充滿了暗物質(zhì)，但我們卻無法感知。

經(jīng)過多年的觀測和研究，科學(xué)界已經(jīng)對宇宙中可見物質(zhì)和不可見物質(zhì)有了一個比較精確的計(jì)算，就是整個宇宙中，可見物質(zhì)只占總質(zhì)能的4.9%，不可見質(zhì)能占95.1%。為什么說是總質(zhì)能呢？因?yàn)樵诓豢梢娰|(zhì)能里，并不都是暗物質(zhì)，暗物質(zhì)只占據(jù)了26.8%，暗能量占據(jù)了68.3%。

暗物質(zhì)和暗能量在宇宙中扮演著對立打架的角色。暗物質(zhì)起著拉攏和聚合的引力作用；暗能量卻起著排斥和擴(kuò)張的膨脹作用。一個拉扯聚合，一個排斥擴(kuò)張，兩種力量一直在博弈中，目前暗能量勝出，最終誰勝誰負(fù)，還無法預(yù)料。

萬有引力的大小與質(zhì)量成正比，暗物質(zhì)在可見物質(zhì)和不可見物質(zhì)中，占據(jù)著84.5%的比重，因此主導(dǎo)著星系的引力作用；而暗能量則主導(dǎo)著宇宙膨脹，其質(zhì)能比暗物質(zhì)大了一倍多，因此暗物質(zhì)的引力無法讓宇宙收縮，而是被暗物質(zhì)主導(dǎo)著整個宇宙呈現(xiàn)膨脹趨勢。

暗物質(zhì)和暗能量都沒有電磁力，因此都無法被直接觀測到。

那么，人類又是如何知道暗物質(zhì)的存在呢？前面說了，暗物質(zhì)雖然沒有電磁力，不會與電磁力發(fā)生相互作用，但其有質(zhì)量，而且質(zhì)量大大超過可見物質(zhì)的質(zhì)量。引力的大小是與質(zhì)量成正比的，也就是說質(zhì)量越大引力就越大，這樣，這個隱身魔王就無法藏身了。

這有點(diǎn)像黑洞，由于黑洞引力超強(qiáng)，進(jìn)入其勢力范圍（史瓦西半徑）的光都無法逃逸，因此黑洞也無法被人類看到。但由于黑洞引力極端，凡靠近黑洞的天體物質(zhì)都被它毫不客氣地撕扯吞噬。

在這個過程，物質(zhì)會被黑洞引力撕扯得粉碎，圍繞著黑洞事件視界（就是在還沒掉進(jìn)黑洞史瓦西半徑的臨界點(diǎn)處）高速旋轉(zhuǎn)，被撕成基本粒子的物質(zhì)在接近光速的碰撞中，會發(fā)出耀眼的光芒和高能射線，由此被人們觀測到。

由此，人類才間接“看”到了黑洞。

暗物質(zhì)也是這樣，由于廣泛存在于星際空間，質(zhì)量很大，形成的引力就非常大，對周圍時(shí)空就會造成影響。我們知道天體運(yùn)動是受引力支配的，其運(yùn)動狀態(tài)可以通過質(zhì)量計(jì)算出來，如果出現(xiàn)異常，要么是引力理論出了問題，要么就是其中存在著還沒有被發(fā)現(xiàn)的東西，影響著天體運(yùn)動。

許多天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在一些巨大星團(tuán)等天體運(yùn)動中，與可見質(zhì)量導(dǎo)致的作用不符，這種現(xiàn)象隨機(jī)地發(fā)生在宇宙各個方向和遠(yuǎn)近距離，且可排除是引力理論發(fā)生了問題，于是科學(xué)家們傾向于宇宙中存在不可見物質(zhì)。

1922年，荷蘭天文學(xué)家雅各布斯·卡普坦通過觀察星體運(yùn)動，間接推算出星體周圍可能存在不可見物質(zhì)；1933年，瑞士天文學(xué)家弗里茨·茲威基利用光譜紅移，測量了后發(fā)座星團(tuán)中各個星系相對于星系團(tuán)的運(yùn)動速度，發(fā)現(xiàn)星系彌散度太高，僅靠星系團(tuán)中可見物質(zhì)質(zhì)量產(chǎn)生的引力，根本無法將這些星系約束在星系團(tuán)內(nèi)。

由此，茲威基推斷出星系團(tuán)中有大量的暗物質(zhì)，其質(zhì)量是可見質(zhì)量的百倍以上。后來，許多科學(xué)家觀測和驗(yàn)證了這類結(jié)果，由此間接驗(yàn)證了暗物質(zhì)的存在。

再后來，人們根據(jù)愛因斯坦廣義相對論，當(dāng)光線接近或通過一個大質(zhì)量物體時(shí)，會發(fā)生彎曲和放大效應(yīng)，他把這種效應(yīng)叫引力透鏡效應(yīng)，并預(yù)言在宇宙中存在這種引力透鏡。

人們把這種透鏡稱為愛因斯坦環(huán)。

1979年，天文學(xué)家用美國基特峰天文臺2.1米望遠(yuǎn)鏡，首次觀測到一個類星體因引力透鏡效應(yīng)形成的雙重像；1998年，哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測到第一個完整的愛因斯坦環(huán)，被命名為B1938+666；此后，引力透鏡不斷被發(fā)現(xiàn)。

2007年，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了CL0024+17星系團(tuán)擁有暗物質(zhì)環(huán)的圖像，環(huán)徑達(dá)260萬光年，只有星系團(tuán)中存在巨量暗物質(zhì)才能達(dá)到這種效應(yīng)，這更有力地間接證明了暗物質(zhì)的存在。

由于有了這種引力透鏡放大效應(yīng)，人類發(fā)現(xiàn)了距離我們越來越遠(yuǎn)的恒星和星系，如迄今發(fā)現(xiàn)距離我們最遠(yuǎn)的恒星WHL0137-LS，是一顆宇宙大爆炸9億年后誕生的，光線走了129億年才到達(dá)我們這里。

這顆昵稱為“晨星”的恒星，就是經(jīng)過龐大星系團(tuán)WHL0137-08的引力透鏡作用，才被我們看到的，這個引力透鏡放大效應(yīng)達(dá)到了1000倍，否則我們無法看到“晨星”。而這個作為透鏡的星系團(tuán)，光靠可見質(zhì)量是無法達(dá)到如此巨大透鏡效應(yīng)的，得益于其中大量暗物質(zhì)的作用。

暗物質(zhì)到底是什么，以后能弄清楚嗎？暗物質(zhì)到底是什么，現(xiàn)在科學(xué)界還沒有定論。曾經(jīng)有人懷疑過中微子或許就是暗物質(zhì)，但后來被否認(rèn)了。雖然中微子基本不與光子發(fā)生作用，幾乎沒有電磁力，但并不是完全沒有，還有那么一丁點(diǎn)，100億個中微子有一個會與物質(zhì)發(fā)生作用，這就給人類探測留下了余地。

而且在宇宙中，中微子雖然很多，但質(zhì)量占比卻很小，只有0.0034%。中微子在弱相互作用中產(chǎn)生，太陽的核反應(yīng)每秒會產(chǎn)生10^38個中微子，由于基本不與物質(zhì)發(fā)生相互作用，中微子就以接近光速的速度，暢通無阻地來到地球，又穿過地球走向遠(yuǎn)方。

不分日夜，每秒鐘都有約有1000萬億個來自太陽的中微子穿越每個人體，人們卻沒有任何感覺。不過由于中微子多少還是有點(diǎn)蹤跡，科學(xué)家們早就捕捉到了其蹤跡，研究得越來越透徹。那么，還有些什么粒子可能是暗物質(zhì)的備選呢？

科學(xué)界將目光集中在弱相互作用范圍內(nèi)有質(zhì)量的粒子，如WIMP，包括超中性子（neutralino）、額外維理論中的最小Kaluza-Klein激發(fā)態(tài)粒子、Little Higgs模型中的T-odd粒子等。還有一個非常輕的中性粒子~軸子（axion），也是熱門候選。

但這些粒子都還只存在于猜想中，沒有被證實(shí)和發(fā)現(xiàn)。

現(xiàn)在，世界各國的有關(guān)科學(xué)家們都在采取各種方法，力圖揪出暗物質(zhì)這個隱身魔王。主要方法有：1、直接探測，即通過天上、地下、冰層深處的立體探測系統(tǒng)，希望直接發(fā)現(xiàn)被探測器捕捉到的候選粒子；2、間接探測，就是尋找暗物質(zhì)衰變或湮滅后產(chǎn)生的普通物質(zhì)信號；3、人工制造，即通過粒子對撞機(jī)等設(shè)備，制造出新粒子，篩選出暗物質(zhì)。

可以預(yù)見，暗物質(zhì)現(xiàn)身之日，就是人類對宇宙認(rèn)識的重大突破，人類文明或許將升級到一個更高層次。那么人類能盡快找到暗物質(zhì)嗎，還要多久？歡迎討論，感謝閱讀。

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標(biāo)簽： 這個世界 引力透鏡 相互作用