暗物质是什么元素构成

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人类发展过程中就不断在 探索 世界，了解宇宙有哪些物质组成，这些物质有哪些运行的规律；从古代中国的金、木、水、火、土阴阳五行学说，到古希腊的土、气、水、火四元素学说，再到近代原子分子学说，人类对于物质组成和运行规律的认识由表观到本质，由简单到复杂再到简洁，这个过程漫长而曲折，从没停止，也未有尽头。

人类 科技 发展到今天使我们知道，有一种物质在我们身边无处不在，我们确无法看到、摸到、感觉到，它被科学家称为"暗物质"。张小娴《荷包里的单人床》世界上最遥远的距离/不是生与死的距离/不是天各一方/而是/我就站在你面前/你却不知道我爱你。用这首诗来对比科学家和暗物质就是这种感觉。

暗物质是怎么想出来的呢？为什么又看不见呢？高中物理让我们知道，宇宙四大基本力：强核力、弱核力、电磁力、引力。暗物质不参与电磁力相互作用，只参与引力相互作用。所以我们无法看见和感知到它的存在。

天文学家观察星系循转速度时发现：星系中心到旋臂，随着半径的增大，循转的速度越快，这样保证了星系不会解体；恒星之间通过万有引力互相吸引，围绕星系中心的大质量黑洞循转。根据万有引力定理距离越远引力越小，按道理说应该越远速度越小，而实际速度却相反，必然有其它我们看不见物质参与作用，科学家把这些物质称为“暗物质”。

还有一种力量科学家知道它的存在，现在还没有测量到，它就是“暗能量”。美国天文学家哈勃观测银河系周围24个星系发现：这些星系在加速远离我们，越远星系远离的速度越快。由于引力相互作用宇宙膨胀会逐渐减速，并最终停止膨胀，而实际观察宇宙是加速膨胀，这必然有一种神秘力量在其作用，科学家把这种力量称为“暗能量”。

经过科学家观察和计算宇宙中物质组成：可见物质接近5%，暗物质接近27%，68%是暗能量。人类现在只了解5%的可见物质。大量科学家在制造观察和测量暗物质和暗能量的设备，现在还没有任何设备观察和测量到它们。

主要有这些科学家和团队在寻找暗物质和暗能量：丁肇中(阿尔法磁谱仪AMS)、美国华盛顿大学(轴子暗物质实验ADMX)、中国科学院紫金山天文台(悟空卫星DAMPE)、中国锦屏地下实验室(PandaX和CDEX)、欧洲核子中心(太阳轴子望远镜CAST)。

最近人民日报发表一篇文章，中科大团队和德国科学家一起合作制造出“量子精密测量方法”设备，用基于自旋的放大器探寻类轴子暗物质，把某类暗物质测量精度提高了5个数量级。人类未来一定会测量和观测到暗物质和暗能量。

暗物质到底是什么元素构成的？

要知道暗物质的温度，我们首先要了解莱曼阿尔法森林！说简单点就是遥远星系发出的星光在漫长的旅途中形成的氢吸收线，它能告诉我们宇宙早期的物质分布、结构形成以及宇宙的演化过程，最重要的一点就是，通过莱曼阿尔法森林我们可以知道一些关于暗物质的信息！这一点很重要。首先我们先了解下氢原子的吸收和发射线。

氢原子吸收和发射线中的莱曼系、巴耳末系、帕邢系

氢只有一个质子和一个电子，不仅是宇宙中所有原子中结构最简单的，而且是含量最丰富的元素：宇宙中90%以上的原子都是氢原子！

那么这么小这么简单的东西是如何告诉我们关于暗物质的信息的。

首先，氢原子有特定的能级，电子可以在不同的能级上来回跃迁。我们用适量的能量撞击氢原子，氢原子就会吸收特定的能量，电子就会跃迁到更高的能级。

但是原子总是喜欢处在低能量的稳定状态，所以电子也会自发的跃迁到更低，更稳定的能级。

当电子向低能态跃迁时，就会释放出辐射！如果电子跳到第一个能级也就是基态，就会发出紫外线，这时所发出的辐射属于莱曼系；如果电子跳到第二个能级，氢原子就会发射可见光，属于巴耳末系；而如果跳到第三能级，原子就发出红外光，属于帕邢系。

当电子从第三能级到第二能级跳跃时就会发出巴耳末α线（H-α），波长656.3毫米，颜色为红色！如果我们用望远镜看一个正在形成恒星的星系：

正是巴耳末α线导致了星系发出红色的可见光！在上图漩涡星系的例子中，我们可以看到巨大的旋臂正在形成恒星！

但是宇宙中的大多数的氢并不存在于星系的恒星形成区域。大部分都在低温、深邃的太空深处，并且处于最低能量状态。

在这种情况下，氢最好的朋友是谁？波长为1216埃（1 埃=1×10^ -10 米）的紫外线，被称为“莱曼-阿尔法线”，也就是能把氢原子从基态提升到第一激发态所需的能量！当然，还有其他激发态，例如：n＞2的，这些能态也会形成吸收线，例如：莱曼-β，莱曼-γ。但莱曼-α的吸收线最强。因为莱曼-α的能量更低。

那么我们为什么要关注宇宙氢的发射和吸收线！我们知道宇宙中的光来自哪里：恒星和星系！

遥远星系的星光形成的莱曼-阿尔法吸收线

但是由于宇宙的膨胀，星系发出的光发生了红移！换句话说，我们把冷的中性氢气放在我们和一个遥远的星系之间不同的距离上，我们会观察到不同波长的吸收线！不同的距离有不同的吸收线！

我们可以用强大的望远镜（比如哈勃望远镜）来获取遥远星系的光谱，然后观察沿途哪些地方有氢气团。

如果观察的是离我们比较近物体，我们就会发现在我们和所观察到的物体之间只有几团气体。我们不断地往远地地方看，我们就会看到大量的吸收线！在非常遥远的物体，光线就会经过许多团状气体，我们看到的这些线条被称为莱曼-阿尔法森林！

原始氢气团如何告诉我们暗物质的温度

首先我们需要知道地是，当我们看到更远的星系时，我们也在回顾宇宙地过去！如果我们想让这些大而深的吸收线在很远的地方发生，也就是在很古老地宇宙发生，我们就需要在宇宙地早期形成密集的，坍缩气体云。

这告诉了我们关于暗物质的一些信息！因为如果我们想要在宇宙地早期创造出密度大，容易坍塌的结构，宇宙中地暗物质就不能移动得太快。在天体物理学中，如果物质移动得快，我们就称为热，如果移动得慢，我们就称为冷。

对于暗物质，宇宙微波背景（CDM）并不关心是冷还是热。但小尺度结构和莱曼阿尔法森林对暗物质的冷热非常敏感！如果暗物质是热的，森林的吸收线就会太浅；换句话说，热暗物质使得宇宙在早期很难形成小尺度结构。

但是我们在莱曼-阿尔法森林直接看到了这种小型结构的证据！这告诉了我们什么?

冷暗物质

莱曼-阿尔法森林告诉了我们暗物质可能是弱相互作用大质量粒子（wimps），因为暗物质粒子质量太大而不能快速移动，或者暗物质粒子可能是生来就是冷的粒子，比如轴子或惰性中微子，因为它们一出生就移动得很慢。但暗物质不可能是普通的中微子或高温惰性中微子，因为热暗物质在早期宇宙中无法形成这种小型结构！

所以通过观察氢，我们可以知道宇宙中的暗物质是冷的。这就是氢如何告诉我们暗物质的温度！

刚才大概看了一下大家对这个问题的理解，主要问题是大家说的一些内容跟暗物质没有关系，原因是不知道暗物质是什么东西？暗物质不是大家熟悉的由中子、质子和电子构成的普通物质，以下8步打开这道锁闭并尘封已久的大门：

这是宇宙全景图表征一个多元宇宙的空间布局。

1. 一个泡泡就相当于一个人类居住的视界宇宙，泡泡就是一个真空团，真空由光子填充。

光子由正负电荷和正反虚子四个元素构成，光子带1份+h能量。

2. 所有泡泡都漂浮在宇宙大空洞中，空洞田引力子填充。

光子去掉一对正负电荷就是引力子，引力子带1份-h能量。

3. 光子只能在泡泡真空中传播，当光子运行到泡泡边缘时，就会和引力子湮灭生成中微子。

引力子＋光子≡中微子

中微子不带能量，由正负电荷绕两个引力子形成自耦合。

4. 真空中任意一个点对应一个中微子，中微子中锁闭的一个光子叫静光子，是看不见的，所以叫暗能量。暗能量占泡泡总能量大约三分之二。

5. 宇宙大空洞中连一个光子也没有，所以，温度永远是-273.15℃，叫宇宙冷极，也叫狄拉克海。

6. 1920年玻色和爱因斯坦共同预言了宇宙中存在第五态玻色-爱因斯坦凝聚态（超流体）。

这个预言现在已经被证实。

7. 中微子团在宇宙冷极中就会象水在0℃时结冰一样，凝结为中微子冰（中微子玻色-爱因斯坦冷凝态）。中微子冰就是暗物质。

暗能量可以按爱因斯坦质能关系式转换为暗物质的质量。

8. 中微子冰经过一个聚集过程当聚集物的质量超过霍金质量时就形成黑洞。

回答本题：暗物质就是中微子在宇宙大空洞的冷极中生成的中微子冰（玻色-爱因斯坦冷凝态），温度永远是-273.15℃或0K或绝对零度。黑洞的温度也永远是0K。

暗物质关键不是冷热，关键是暗物质是小于原子的粒子，并且它们弥散于太空，密度小体积大，分布于所有的宇宙空间，如果把它们聚集起来，就比普通物质多。

暗物质 Dark material

Jeremiah P. Ostriker和Paul Steinhardt 著 Shea 译几十年前，暗物质(dark matter)刚被提出来时仅仅是理论的产物，但是现在我们知道暗物质已经成为了宇宙的重要组成部分。暗物质的总质量是普通物质的6倍，在宇宙能量密度中占了1/4，同时更重要的是，暗物质主导了宇宙结构的形成。暗物质的本质现在还是个谜，但是如果假设它是一种弱相互作用亚原子粒子的话，那么由此形成的宇宙大尺度结构与观测相一致。不过，最近对星系以及亚星系结构的分析显示，这一假设和观测结果之间存在着差异，这同时为多种可能的暗物质理论提供了用武之地。通过对小尺度结构密度、分布、演化以及其环境的研究可以区分这些潜在的暗物质模型，为暗物质本性的研究带来新的曙光。大约65年前，第一次发现了暗物质存在的证据。当时，弗里兹·扎维奇（Fritz Zwicky）发现，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上，否则星系团根本无法束缚住这些星系。之后几十年的观测分析证实了这一点。尽管对暗物质的性质仍然一无所知，但是到了80年代，占宇宙能量密度大约20%的暗物质以被广为接受了。

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