本网8月27日讯 当我们仰望星空时，看到的繁星、星系和星云其实只构成了宇宙中微不足道的一小部分。现代宇宙学揭示了一个令人震惊的事实：我们所熟悉的所有普通物质——行星、恒星、星系以及一切由原子构成的物质——仅占宇宙总质量和能量的5%。剩余95%中，约有27%是一种神秘不可见的物质，科学家称之为暗物质。这种看不见的物质不仅存在，实际上还支配着宇宙的结构和演化。
暗物质的发现始于1930年代。瑞士天文学家弗里茨·兹威基（Fritz Zwicky）在研究后发座星系团时注意到，星系运动速度如此之快，按照可见物质计算，它们早就应该飞散开来。兹威基推断必定存在大量看不见的物质，提供着额外的引力将这些星系束缚在一起。他称这种神秘物质为"暗物质"，但这个革命性想法在当时并未引起重视。
直到1970年代，薇拉·鲁宾（Vera Rubin）对星系旋转曲线的精确测量提供了确凿证据。她发现星系外围的恒星旋转速度与靠近中心的恒星几乎相同，这与万有引力定律的预测完全不符——按照可见物质的质量分布，外围恒星应该移动得慢得多。唯一合理的解释是：星系被巨大的不可见物质晕所包围，这些暗物质提供了额外的引力。
暗物质的性质成为现代物理学最大的未解之谜。我们知道它存在，因为它通过引力与普通物质相互作用；但我们看不到它，因为它不发射、吸收或反射电磁辐射，也就是说，它对光完全透明。科学家提出了多种可能候选者，从大质量弱相互作用粒子（WIMPs）到轴子，从 sterile neutrinos 到其他奇异粒子，但至今尚未直接探测到任何暗物质粒子。
暗物质在宇宙结构中扮演着关键角色。计算机模拟显示，如果没有暗物质，引力无法在宇宙年龄内将物质聚集成我们今天观测到的星系和星系团。暗物质形成了宇宙的"骨架"——首先形成暗物质晕，然后普通物质被引力吸引到这些区域，最终形成恒星和星系。我们所在的银河系也嵌在一个巨大的暗物质晕中，其质量可能是所有恒星总质量的10倍以上。
全球科学家正在使用多种方法追寻暗物质。深埋地下的实验室试图直接探测暗物质粒子与普通原子核的罕见碰撞；大型强子对撞机试图人工产生暗物质粒子；太空望远镜通过观测引力透镜效应（暗物质扭曲背景星系光线的现象）来绘制其分布图。中国四川锦屏地下实验室是目前全球最深的地下实验室，为暗物质探测提供了极低的宇宙射线本底环境。
理解暗物质不仅关乎宇宙学，还可能引发物理学革命。暗物质可能是通向"物理 Beyond Standard Model"的窗口，帮助我们统一量子力学和广义相对论，甚至揭示额外维度的存在。一些理论甚至提出，可能存在整个"暗物质星系"、"暗物质行星"甚至某种形式的"暗物质生命"——虽然这种想法纯属推测，但提醒我们宇宙可能比我们想象的还要奇异。
暗物质研究也面临着挑战。数十年的搜寻尚未获得确凿发现，导致一些科学家开始考虑替代理论，如修改牛顿动力学（MOND）。但大多数科学家仍然相信暗物质的存在，认为我们只是尚未找到正确的探测方法。
随着新一代望远镜（如詹姆斯·韦伯空间望远镜）和探测器投入运行，我们正站在解开这个谜题的门槛上。无论最终答案是什么，暗物质的研究已经彻底改变了我们对宇宙的认识：我们看到的宇宙只是真实宇宙的一小部分，大部分现实对我们来说仍然是不可见的。
暗物质的故事提醒我们，科学最迷人的不是我们已经知道的，而是我们尚未发现的。在每一个星空灿烂的夜晚，有一种看不见的力量正在默默地塑造着宇宙的结构，支配着星系的运动，等待着我们去发现和理解。这个探索不仅满足了人类与生俱来的好奇心，最终可能帮助我们回答那个最根本的问题：宇宙的本质是什么？
（作者：高炜皓 管博周 张译元）
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