篇一：夸克星-暗星(黑洞)可能是宇宙暗物质的主要形态by张海鹏
暗星（“黑洞”）-夸克星可能是暗物质的主要形态
——兼及宇宙学对粒子物理的启示*
张海鹏
河北涿鹿县医院应用物理学研究所，河北 张家口 桑干河 075600
[摘要] 通过分析大量文献，基于万有引力定律、量子力学和相对论力学理论，根据银心“黑洞”等观测结果，提出暗星（“黑洞”）-夸克星可能是宇宙中数倍于可见物质的暗物质的主要形态；基于琼斯假说的宇宙早期神秘的“消电离作用”作用及暗物质晕假说存在的问题，提出±e/3的夸克通过长距电磁作用与短程强相互作用构成的原始夸克星是宇宙早期的暗物质星体，其碰撞是产生恒星等可见物质之源，漩涡星系碰撞并合为一个椭圆星系可佐证之；已在γ暴941017的余晖中观测到的0.1TeV超高能γ光子，因其波长与0.1飞米级的夸克之径相符，亦佐证夸克星的暗物质星体假说。上述观点与宇宙微波背景、可见物质的元素丰度均无矛盾，但有待宇宙观测（宇宙极早期声子的探测以及2.7K是否存在于所假设的宇宙诞生之际原始夸克星形成可能释放的更高频率的辐射背景）证实或证伪。基于普朗克能标和
上述宇宙学探讨的启示，提出±e/3的夸克可能是不能再分的基本粒子。
[关键词]：暗物质；黑洞，暗星；夸克星；γ射线暴；普朗克能标
1. 关于暗物质与暗星之关联的可能性
1.1 关于“黑洞”
尽管“暗物质”问题可能最早源于1970年代后期宇宙微波背景的新发现，但，事实上，很早即已发现的宇宙膨胀现象衬托出的恒星等星体如何产生(物质如何在“种子”引力的局部缩聚基础上成星)的问题，本是宇宙学的一个基本问题；而当1998年发现膨胀的加速性之后，这个问题变得则更加尖锐。
按照2003年前后的资料，“暗能量” 约占宇宙全部质-能约73%，“暗物质”约占23%，可见的
[1]重子等物质仅占4%，即“暗物质”乃宇宙物质（不包括特纳假设的“暗能量”）的主体。
在众多的暗物质模型中，冷暗粒子（弱相互作用中的中间玻色子之类）比较突出，而加速器产生的弱力玻色子类均系寿命极短的粒子（而弱力玻色子尚不具备强相互作用的条件）；而分散的暗物质（“暗物质晕”）构成宇宙物质的主体，不仅尚未见较有说服力的理论依据或较有力的观测提示，而且似乎与星体“种子”不无矛盾:如其位于星际而非星核，不一定利于物质聚集成星；而观测方面，经对2009年钱德拉塞卡、牛顿两个牌号的X线太空望远镜的观测结果分析，已找到的在约4亿光年外的一大型星系处原“丢失”（注：此前应属所谓暗物质）
[2]的温热星系际（而不是星系中及恒星内）物质——属于重子物质，亦或为重要提示。2011
年5月意大利Gran Sasso国家实验室研究人员认为，他们探测到的“暗物质粒子”很可能是普通粒子的假阳性，因此推测其他声称发现暗物质粒子的观测结果可能也是站不住脚的
[PRL(物理评论快报)]。
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*国家自然科学基金项目（No. 1999051802）；河北省科教基金项目（No.20020221）
作者简介：张海鹏（1970-），大专学历，主治医师，(2002年度河北省张家口市科技进步二等奖获得者，第一完成人)已在中文核心期刊发表著述40余篇。信箱：heapprenzcomhard@163.com
[3,4]近年已有学者提出黑洞作为暗物质的候选者，我个人认为此说从认识论上符合一元
化解释（“一元化”是医科临床诊断的基本原则！兹，意为：尽可能将最多的现象以最少的物理学概念进行解释）；而从证据上，已经有较多的观测结果——黑洞存在的间接证据：据
[5]称已有约600个不同类型的黑洞（候选天体）被发现；且可能与极亮的类星体有关,银（河
[6,7]系中）心大黑洞经探测分析其史瓦西半径达千万公里。
至于不少文献述及的“黑洞”总质量在宇宙中所占比例不足问题，我个人认为，“黑洞”之类的暗星，从宏观上相对好地解释暗物质总质量23/4即4到5倍于可见物质：我们不妨假设
[8]一下，既然太阳质量占到太阳系总质量的99.86%（注：粗略推测亦可知占很高比例：此系
原始视角），那么假如星系亦以银河系中心的超大质量黑洞为模式——即使不足75%星系以类似的“系心”为构——足可满足“暗物质”与可见物质的上述比例。2006年（发现宇宙加速膨胀8年后）剑桥大学天文所课题组进一步根据一些统计资料提出，暗物质很可能占宇宙所有物质总量（注：不涉及“暗能量”）的95%。如果结合太阳在太阳系所占的上述质量比例，吾认为此95%亦不无可能；而根据2001年2dF宇宙巡天组历时4年观测绘制的至少是当时最大 （5万个星系、1.6千个类星体）的遥远天体（特别是其中有超120亿光年之远者）三维分
[9]布图显示，在任何天区（距地球远或近的星体团），暗物质总是约7倍于重子物质；由此
可见，大尺度上的具体观测已经显示二者之间比例大于23/4的倾向 [自是显著地高于美国宇航局2008年时公布的23/4.6(后者见文献[10])]??
综合上述，初步推测：可见的物质重子及光子——即使加之以中微子类——在1998年也很难超过4%??
值得思考的是，银心结构难道是完全偶然的？而且，哈勃空间镜已拍到一些100余亿光
[11]年之远的星系的中心并合中子星的图像——此强烈提示超大质量“黑洞”位于星系中心。
1.2 “奇点”悖论客观上支持（原始）夸克星为暗星的形态
奥本海默等（1939）从理论上严格地证明了“暗星”视界存在的可能性，1967年“暗星”被美国学者惠勒改名为”黑洞”，由于暗星的组成成分一直不明（此严重地影响黑洞其物理学基础，也有学者可能正因此而质疑视界问题）而被归结为“黑洞”的“奇点”。
[12]我十分认同施倪承先生等学者关于惠勒所谓的“黑洞”未必存在的见解。而仵凤鸣先
[13]生已尖锐地指出了“奇点定理”的悖谬，亦获著名相对论学者赵峥先生的认同；“黑洞”
重要学者霍金后来提出（和哈特尔一起）的“无边界宇宙”亦不再坚持彭罗斯与其提出“奇点” 论。
我个人认为，物理学理论上不一定支持虚粒子（虚质量应属“斥力荷”）对的其中一个在强引力下“坠入”洞内而另一个却“蒸发”的这种“霍金辐射”之存在（注：霍金学者已放弃了“信息不守恒”）；而Krauss等则引入爱因斯坦时间延缓效应证明所谓“霍金辐射”会
[14]使“黑洞”不可能形成其自身。也因此，东京大学Bambi课题组提出的以“霍金辐射”之
[15]源的“太初黑洞”为核成星（巨大黑洞）的可能性恐怕极小??
诚然，1974年“霍金辐射”提出之时尚无1998宇宙加速膨胀——暗能量的提示；重子（约900Mev）的两个夸克质量均为20MeV（见费曼的文献[16]），冯·诺依曼计算学院杜尔进而提
[17]出虚粒子的胶子（强相互作用的中间玻色子）应被包括在重子的质量中；而虚粒子是否为
引力荷的实性质量？这些均是宇宙加速膨胀提出的值得进一步探讨的问题可能均有待进一步探讨；但几乎可以肯定的是，美国学者、诺贝尔物理学奖得主弗兰克提出的万有引力源于
[18]胶子的设想很可能与上述夸克质量有关，然而无论夸克的“禁闭”还是“渐进自由”，均
与万有引力的特征显著相悖??
个人考虑，由于胶子不以实性的粒子形式存在、其自旋与光子（以及弱力的玻色子）相同，因此可能不属于狄拉克粒子(后在“暗能量”问题详述），是否可能因此不参与万有引力、斥力的可能？而如果我们把虚粒子的胶子等作为“暗能量”形态（暗物质仍以夸克星作为主体。后详述），则（实）夸克的质量应该是重子质量的主体，那么重子的质量（以及与其类似的夸克-暗物质星）与胶子的质量的比值，必须重新考虑是否大致符合观测的1/3[注：(4+23)/73）]。
总之，暗物质、暗能量的宏观物理学问题，促发我对强力的费米子、玻色子质量问题进行重新审视。
1.3 夸克星及宇观的超巨质量原始夸克星的理论基础：“太极生两仪”
对称（及其破缺）已是现代物理学较普遍的规则。我国古代很早即有阴阳两仪对称及两仪生四象”等思想，这些均强烈提示已发现的重子夸克的1/3、2/3“分数电荷”中，±e/3至少也是基本电荷的整数倍（包括1倍），对后者，陆埮先生和罗辽复先生早在1992年就已提
[19]出。根据上述，个人初步考虑，电子是一种3“轻夸克”（或5“轻夸克”——后者则与质子的夸克类似）在强相互作用（相对于1/137强力的电磁力在1/12距离上相当，电子径亦与后者较符合），其质量远小于重子（1/1800）,恰说明相互作用很强；而轻夸克在游离状态下——假如可能的话——质量却较重甚至很重，因为核子物理的聚变已经提示了这一点，即Fe56的平均结合能最高，而在核聚变后质量减少得最多。而如果费曼文献的重子（约900Mev）
[16]三夸克结构中的上、下夸克的质量均为20MeV（尚不知其依据）——则将是与同为核力结
合的重子是相反的??
1.4 宇观的超巨质量的原始夸克星——可能为星系团的前身：理论依据
古思等学者的暴涨模型尽管获得观测上的用力支持，但所预言的暴涨产生物质的温标28[20]10K（即强、电及弱力大统一的能标-温标），显然与微波背景辐射的2.7K的精确宇宙学结果相悖；2.7K较有力地提示，宇宙暴涨产生物质的温标是伽莫夫在热大爆炸模型预言的3210K，后者为普朗克能标。
32不难设想，极度压缩的相变真空（宇宙“太极”所源于的“无极”）的10K温标不仅可
能打破重子范畴的夸克禁闭（而以±e的单电荷夸克形态存在），而且完全有可能打破有或许远比这些能标更高的我所假设的电子性夸克禁闭（实际上不是“打破”而是在这些能标降低后，“禁闭”成如今的电子、重子）！那么，这个结构不仅避免了正反粒子湮没为非“物质”的光子，同时又保持电中性[一种极深层的类似于“等离子体”的结构（-e/3的电子夸克与1/2的上夸克组成的可能性较大）]；而且为星球形成提供了我们期待“暗物质晕”去提供的稳定的引力源且具极高的密度。不难看出，由长程力之一的电磁力聚合的具有足够物质密度的暗星，直接越过了早期膨胀的引力疑难并具备“视界”，尚未见其与观测证据或暴涨模型明显冲突。由此推测，原始星系的形成途径尚不除外：宇宙早期非单一的（受限于自转对质量的限制）但为数有限的几个超大的原始夸克星暴出后逐步演化（“分解”和重组）而成，此种可能性或许较大。
2.关于暗物质性星体在宇宙演化作用的部分观测佐证
2.1 关于对撞途径的线索：”黑洞”
暴涨之后约7亿年(均据今日宇宙以137亿年为年龄，以下同)之际，最古老的黑洞之一——质量高达太阳质量5亿多倍的CFHQS J2329-0301，星团 “梅西叶30”已经形成；暴涨之后
[21]约4.8亿~6.5亿年时，恒星诞生率是今天的10倍；暴涨之后约7.7亿年，类星体ULASJ
1120+0641出现，其辐射功率由一个质量达到20亿倍太阳质量的巨大黑洞（此时宇宙中还存在着大量的中性氢，说明宇宙的再电离过程还没结束）。当时的恒星产生的速度提示，其产
生机制很可能不同于一般途径；如此大质量的“黑洞”在如此短时间内产生，也不支持/提示其由恒星之间的合并生成；而与宇宙极早期可能出现的宇观级原始夸克星“对撞”产生速度似乎并不矛盾；而在暴涨后6.25～6.40亿年爆发的γ暴090423，亦在该时间区间（宇宙诞生后4.8-7.7亿年）内。
不难看出，如果我们假设原始夸克星由“暗物质”组成，那么少数几次（甚至一两次）的碰撞，足以快速产生质量为所有暗星总质量1/10~ 1/6(或1/7)的可见恒星物质。
在10亿岁时，已有约3000万个黑洞形成。而特大质量黑洞在宇宙诞生约12亿年时，亦开启了第一个迅速生长期（尽管其质量只有后期所观察到的特大质量黑洞的约十分之一；最早产生的第一批黑洞在宇宙只有几亿岁时就开始了全盛生长过程，它们中很多只有太阳质量的100~1000倍，这些黑洞和宇宙中的第一代恒星也有关联），其生长速度要比后来几次活跃期快很多：其中第2个生长期，持续了仅1亿~2亿年（也需注意：此时即约14亿年时（“婴儿潮”）
[21]星系以每年4000颗的速度产生恒星）。
2011年，据伯克等的发现，大质量的星系在70亿年前（迄宇宙诞生67亿年）已经停止生
[22]长。此客观上提示，大质量的星体的爆发性的非逐渐“生长”的诞生机制。
而几乎与前述最强烈的恒星爆炸性诞生的同时——约16-17亿年时——出现的类星体APM 08279+5255（距离地球约120亿光年）附近存在着宇宙中最大（相当于10万个太阳质量）的“贮水池”（水蒸气：无机物代表者）出现在宇宙早期，则提示宇宙——至少在局域——向化学系统的低熵急速演化的典型结果，而其于现代恒星的爆炸性诞生在时间上的“巧合”，尚提示现代恒星已经是一种相对低熵的星体；然则意味着约10-35亿年前的暗星的结构能标及其相应温标，可能远高于太阳等恒星。
2.2 “可见宇宙”物质之主体：也提示暗物质星对撞模式
2.2.1 恒星诞生方式及可能相关的γ暴之可能模式
与星系中现代的恒星演化相适应，现代的（非宇宙极早期）暗星（“黑洞”）可能以 巨型的夸克星为主要形态的。此外，如我们把一个一定条件下（包括星体对撞）的超大质量的星体先不妨看作超大的中子星作为超大星体坍陷（或其他灾变）的中间过程或中间状态，那么，在质量级适合的条件下，在坍陷为夸克星的过程中，非星核的中子星体部分，则可能以与2型超新星爆发类似的形式，将极大量的中子物质抛出（同时爆发γ暴事件），作为恒星（及行星）的原料。
可以肯定的是，这种严格遵循电荷守恒的“中性”“气体”与中性气体的产生方式，与“热大爆炸”重要证据的元素丰度绝无冲突。元素丰度之预言系伽莫夫1946年以中子作为宇
[23]宙最原始粒子计算的结果。
[21]约9亿年时γ暴080913爆发即不排除这种可能。诚如此，则其抛出的可能的中性气体，
也是可见宇宙较重要的组成部分原料；诚如此，则此前0.5亿年已经出现了一些超大质量黑
[21]洞可能并非偶然（而如以质子-电子等离子体形式抛出则更可能伴随着极高的亮度）；黑暗时代结束即宇宙雾完全形成与该γ暴的时间巧合或非完全偶然。
总之，在前述的原始夸克星碰撞基础上，中性气体在各星系的产生，或相对符合“现代恒星”化的过程，及符合明暗物质间比例、符合较早期和现代的恒星演化特征特别是诞生速度。笼统、粗略地理解为：以星系为宇宙“单元”（大致以原始夸克星的“交叉”“重组”为界）的原始夸克星大致地（碰撞中）“分解”为现代暗星并产生恒星及行星原料（后者得以较速地演化为今日看见物质的主体的现代恒星）。如此则可见宇宙（或远不足总物质之4%）的恒星的原料之产生，更象一种“微冷爆炸”的不同时空组合。如约6亿年时的伽马射线暴
[21]090423是否可能为其中的较早者呢？（此外，约15亿年时已知的最大γ射线暴090323爆发能量竟然高达已知的亮度极大的γ暴080319B的爆发能量的100倍）
而如果将“全宇宙”甚早期的3000-4000K看作“星系”局域性温度，则微-小“冷爆炸”
也并非没有可能。再次强调一下，此需以微波辐射背景红移值的时间跨度进一步分析但上述假说，尚未见与宇宙暴涨导致的微波辐射背景的各向同性或“暗物质”引力势相关的轻度各向异性相矛盾。
[23]宇宙38万年时神秘的“消电离作用”系“琼斯假说”的“推理”：即使我们将其改
建立在原始夸克星的基础上，亦甚为勉强??
诚然，“可见宇宙”中的“物质时代”究竟始于何时，更重要的、更可靠的或是，声（子）波分析的证实或证伪。
2.2.2 恒星的诞生方式的一些佐证
约123亿年前：“婴儿潮”星系以每年4000颗的速度产生恒星；约120亿～117亿年前：星系形成(其起源形式可能是类星体)，宇宙进入最强烈的恒星爆炸性诞生阶段；约107亿年前：星系团形成，恒星形成达到峰值；总之，约122亿～97亿年前：已知8000多个星系中的1000多个在此期间形成。约97亿～87亿年前：恒星诞生最活跃的时期；约90亿年前：大星团中心的最亮星系几乎跟它们今天的同类一样大，这意味着这些“最亮星系团”在“大爆炸”之后约50亿年时间已经生长到超过其最终恒星质量的90% 。
（上段均引自文献[21]）
上述的恒星快速诞生，事实上，已经较好地解释127亿年前（8000K）至102亿年前（12000K）之间的“宇宙变暖”的能源之因的所谓反常；而文献[24]所述的90亿年前（红移1.2-1.5）的最明亮星系（团）中恒星质量所占的比例超过星系质量的90%（即与现代的星系差别不大）——明显矛盾于“暗物质晕”模型的数值模拟结果（后者结果则约22%）——不仅提示恒星
[24]快速形成之说，更与上述的文献[21,22]描述互相印证（证据链）。
客观上提示早期恒星的产生途径——涉及宇宙早期“暗物质晕”的前述引力势阱疑难的重换位解释！而此前的至少目前最大的γ射线暴（GRB 090323），亦发生于很早期的恒星系（重子）极速建构期，或许不完全偶然。
现认为，两个漩涡星系碰撞会并合为一个椭圆星系，其中的星际气体在此合并中快速向
[25]星系中心区聚集，由此以10亿年之短即可使恒星暴发式形成。此种恒星之产出的星系即星
暴星系；另一方面，据称“暗物质”存在的直接证据是，2006年钱德拉X射线望远镜对星系团1E 0657-56进行观测，无意间观测到星系碰撞的过程，星系团碰撞威力之猛，使得黑暗物质与正常物质分开。
结合上述两方面（当然并非说1E 0657-56一定是星暴星系），客观上为我们一并看待“暗物质”与星系中心“黑洞”的关系、看待 “暗物质”星体碰撞对原始大质量恒星产生的作用，提供了一个视角??
2.2.3 关于“微波背景辐射”问题:可能的线索与尚存的矛盾
而仅0.3亿年（距7.7亿年）之后（8亿年之际）：超过银河系一半大的巨型放射状“斑点”(The Blob)出现，亦为宇观级“对撞机”的提示性线索；而且文献[21]已提出两个年轻星系碰撞（或者400亿倍于太阳质量的巨型星系）的推测：根据许多宇宙形成的理论，在这么早的时刻，宇宙不应该有这么巨大的星际结构(莫非是创世之初的Azathoth被拍到了？
[21])。
中间大约5~10亿年，这段时间被称为宇宙历史上的“黑暗时期”。如果确存在宇宙38-100万年时温度曾经降到3000-4000K的早期辐射迹象，上述过程则属局部、有限的返复。需指出的是，作为“精确宇宙学”标志的2.7K等给出的宇宙学年龄137亿年的误差不过在2%以下，如果我们不能精确到兆年，那么那应该是来自“标准”宇宙模型的推测（如文献[26]所编译的原文献）。
32微波辐射背景的2.7K “余温”源于“热大爆炸” （暴涨后的温度是10K），并不一定
能说明微波辐射背景产生于早至38万年。
篇二：暗物质是宇宙中大部分空白的物质
暗物质是宇宙中大部分空白的物质
据国外媒体介绍，宇宙是一个很奇妙的地方，现在我们就来看一看宇宙中那些最神秘的事情。反物质：就像超人也有另一个自己“毕沙罗”一样，组成世间万物的粒子们也有自己的对立面。一个电子有一个负电荷，那么它的相对应的反物质就带有正电荷。物质与反物质相碰撞时会泯灭，它们会根据爱因斯坦的E=mc2
公式来释放能量。在未来，可能一些飞行器会使用这种反物质来设计引擎。
微型黑洞：如果“膜宇宙”的理论是正确的，那么我们的太阳系可能遍布着上千个迷你黑洞，每一个大小都在原子核大小，它们和那些大黑洞不一样，是宇宙大爆炸的遗留物，对时空的影响也不同，可能和第
五维有着密切的关系。
宇宙微波背景：宇宙微波背景也简称为CMB，这些辐射残留是大爆炸时期的产物。它于60年代被第一次发现，似乎是一种源自宇宙各个地方的无线电噪音。CMB是大爆炸理论的最好的证明物。最近的精确
测量将CMB的温度定位在了华氏-455度。
暗物质：科学家认为暗物质是组成宇宙中大部分空白的物质，但在现有的技术下它们既不能被观察也无法被检测到。它们编辑轻量级的中微子到看不见的黑洞之间。一些科学家甚至怀疑暗物质是否存在，并
且暗示它们被认为是可以解释重力作用的关键因素。
系外行星：直到九十年代早期，我们唯一熟知的行星还是太阳系内的这几颗。但目前科学家们已经确认了超过500颗系外行星(截止到2010年11月)。它们的范围遍及庞大的气体星群到微小到难以称为行星的物质，包括暗轨道上的岩石，红矮星等等。但第二地球的搜寻还在进行中。天文学家们依旧相信技术的
发展会让我们最终找到类似的世界。
引力波：引力波是爱因斯坦的广义相对论中提及的时空扭曲面。引力波是以光速运行的，但它们非常微弱，不想科学家期望的那样，可以引发一些大型的宇宙事件，比如黑洞的产生。LIGO和LISA是两个发
送出去检测引力波的专门探测器。
行星吞食：就像地球上的生物一样，星系们也会随着时间的推移“吞食”对方。银河系的近邻仙女座，现在就正在进食它的一颗卫星。仙女座有十几个分散的星团，它们都是宇宙过去的残羹剩饭。这张图片模
拟得是大概三亿年前仙女星座与银河系的一次碰撞。
篇三：暗能量与暗物质
暗能量与暗物质
摘要：在我们所生活的宇宙中，除了有我们可以看见的，可以观测的物质之外，还存在着许多人类无法探测到的东西。这其中就包括暗物质与暗能量。人类也许无法直接感受到，观察到这暗物质与暗能量的存在，但它们却无时不刻地影响着我们的日常生活，乃至星球的运动，宇宙的演化。近些年来人类通过观察到一些行星运动异常现象，发现了一些暗物质与暗能量的蛛丝马迹。有些人会提出质疑:暗物质与暗能量只是一种为了解释异常运动而提出的理论。但我们也不能排除这样一种可能性——它们并非只是为解释可见物质异常运动所发明出来的抽象概念，而是宇宙隐藏起来的一 面，内部有着丰富而精彩的活动。
关键字：暗物质，暗能量
引言
人类拥有数千年的文化史，而我们仅对宇宙中平日常见的4%的普通物质有深刻的认识、了解。而宇宙中更多的是我们看不到、摸不着的暗物质与暗能量，等待着人类的发现。21世纪初科学的最大的迷是什么？是暗物质与暗能量。他们的存在，向全世界的科学家提出了挑战。激励着一届又一届的科学家前仆后继，奋勇直前的向着目标前进。那么，从古至今有多少个科学家投入这个工作呢？又有什么最新的发现呢？暗物质与暗能量被作为两种东西之间又有什么联系呢？对于人类又有什么影响？
一、暗物质
暗物质被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题，它代表了宇宙中90%以上的物质含量，而我们可以看到的物质只占宇宙总物质量的10%不到(约5％左右)。暗物质无法直接观测得到，但它却能干扰星体发出的光波或引力，其存在能被明显地感受到。科学家曾对暗物质的特性提出了多种假设，但直到目前还没有得到充分的证明。
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6.3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，第一次发现暗物质存在的证据。当时，弗里兹?扎维奇发现，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。
美国约翰斯·霍普金斯大学下属的太空望远镜研究所，借助3年前安装在“哈勃”太空望远镜上的“先进测绘照相机”，观察到更远处星系发出的光在两个星系簇中的暗物质干扰下产生的引力透镜现象，进而通过计算机模拟，得到了暗物质的分布图。这两个正在诞生中的星系簇位于南部天穹中，距地球约70亿光年，各拥有约400个星系。研究人员将这一成果发表在10日出版的《天体物理杂志》上。论文第一作者、韩裔助理研究员池溟国博士说，他们得到的图像清楚地显示出，我们可见的物质(即观测到的两个星系簇)是在暗物质的网络包围中，处于暗物质最密集的地方，就好比海浪顶端的泡沫。他们认为，这支持了暗物质和可见物质会在引力作用下聚集到一起的猜想，即暗物质集中的地方会吸引可见物质，从而帮
助恒星、星系和星系簇的形成。分布图还显示暗物质是聚成一簇簇地密集存在。研究人员据此认为，这验证了暗物质粒子是“非碰撞粒子”的假设，即暗物质粒子如果碰到一起，不会像分子、原子等经典粒子那样发生反弹，而会“若无其事”地继续原先的运动。他们解释说，如果暗物质粒子彼此发生碰撞，那么它们在频繁碰撞后就会分布比较均衡，而不是密集成簇。 简单一点说，暗物质无法直接利用光学手段被观测到，但由于其强大的引力（因为其质量很大）会对周围的天体产生影响，表现在行星的运转轨道的变化等。
ABC澳洲科技网2006年8月22日有一篇报道，天文学家们宣布首次发现有关暗物质存在的直接证据，但科学家们对于暗物质这一令人难以琢磨的物质有的也只是一个模糊的概念，对于其具体构成还不是十分明了。此次的观测结果来自于对已知宇宙中最剧烈的一次碰撞后的气体以及其中的恒星的测量，两个星系团在被称为子弹气团的物质中发生剧烈碰撞（两个星系团相向高速运动，由于构成星系团物质主体的炽热气体相互排斥，于是形成了子弹状气团），使得来自各自星系团的恒星以及暗物质互相撕裂，使得更广大区域内分布着的星际气体也发生碰撞并减速。
天体物理学家们知道，可见的恒星始终同暗物质在一起，因为天体物理学家们通过测量光线在这一区域的弯曲情况来对恒星所处的区域的质量进行了分析。根据爱因斯坦广义相对论原理，光线在引力场中会发生弯曲，光线弯曲的越厉害，说明这一区域中的暗物质产生的引力场越强，从而也说明了其中的暗物质越多。在这种情况下，碰撞的星系团中的恒星区域其所拥有的质量要比可见恒星或星际气体的质量大的多，这其中的唯一解释就是暗物质的存在了。
二、暗能量
宇宙学中，暗能量是某些人的猜想，指一种充溢空间的、具有负压强的能量。按照相对论，这种负压强在长距离类似于一种反引力。如今，这个猜想是解释宇宙加速膨胀和宇宙中失落物质等问题的一个最流行的方案。
暗能量主要有两种模型：宇宙学常数（即一种均匀充满空间的常能量密度）和quintessence（即一个能量密度随时空变化的动力学场）。区分这两种可能需要对宇宙膨胀的高精度测量和对膨胀速度随时间变化更深入的理解。因为宇宙膨胀速度由宇宙学物态方程来描写，所以测量暗物质的物态方程是当今观测宇宙学的最主要问题之一。
暗能量它是一种不可见的、能推动宇宙运动的能量，宇宙中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量来推动的。之所以暗能量具有如此大的力量，是因为它在宇宙的结构中约占73%，占绝对统治地位。暗能量是近年宇宙学研究的一个里程碑性的重大成果。支持暗能量的主要证据有两个。一是对遥远的超新星所进行的大量观测表明，宇宙在加速膨胀。按照爱因斯坦引力场方程，加速膨胀的现象推论出宇宙中存在着压强为负的"暗能量"。另一个证据来自于近年对微波背景辐射的研究精确地测量出宇宙中物质的总密度。我们知道所有的普通物质与暗物质加起来大约只占其1/3左右，所以仍有约2/3的短缺。这一短缺的物质称为暗能量，其基本特征是具有负压，在宇宙空间中几乎均匀分布或完全不结团。最近WMAP数据显示，暗能量在宇宙中占总物质的73％。值得注意的是，对于通常的能量（辐射）、重子和冷暗物质，压强都是非负的，所以必定存在着一种未知的负压物质主导今天的宇宙。
爱因斯坦的广义相对论预测，宇宙中能量的密度与膨胀速度直接相关。随着宇宙膨胀，这种能量的密度随之降低，宇宙膨胀应慢下来。但科学家在1990年代晚期发现，各星系不仅在互相后退，而且以加速度后退。人们用暗能量来解释这种反重力现象。无人知道这种力是来自宇宙内部还是外界的影响。
有人提出一种新的理论：将暗能量与亚原子粒子中微子联系起来。中微子很少与其他物质发生作用，但最近发现它有少量的质量。它们是在太阳和其他恒星中产生的，也曾是大爆炸的产物。它们不断地穿过物体，甚至地球。常规理论认为，中微子质量不会随时间发生变
化，而新理论认为，在一定空间情况下，中微子质量会增加。在早期宇宙中，中微子很密集，现在分得很开，因而质量也增加了。随着它们的分开，其间的张力也在积聚。不断增加的张力就是著名的暗能量。新理论的提出者将这种张力取名为“加速子”。就象带电粒子产生磁场一样，加速子产生加速子场。大爆炸遗留下的中微子在宇宙中均匀地产生加速子场，这个场中的能量是宇宙膨胀的源泉。
三、暗物质与暗能量的联系
1970年代，物理学家为解释星系的运动提出，一类看不见的粒子存在于星系周围，这类粒子随后被称为“暗物质”。根据天文观察资料，科学家们估计宇宙中暗物质有常规物质的10倍之多。迄今科学家们已做了大量实验来搜寻这类粒子存在的证据。
1998年以来，为解释宇宙加速膨胀运动，一些科学家又提出“暗能量”概念，认为暗能量作为一种巨大的斥力在推动宇宙加速膨胀。科学家们之所以提出“暗物质”和“暗能量”两个不同概念，原因是它们的表现不同。暗物质好像有质量并会形成巨大的团块，宇宙学家事实上计算出这些暗物质团块的引力作用在使常规物质形成星系的过程中起了关键作用。而暗能量相反地似乎是没有质量的，并均匀分布在整个宇宙空间，其作用与引力相反，是一种斥力，把宇宙推散开来。
对于暗物质和暗能量，国范德比尔特大学的理论物理学家罗伯特·谢勒的模型是把这两个谜缩减为一个，即认为暗物质和暗能量只是单一一种未知力量的两个方面。 谢勒在其理论模型中，把暗物质和暗能量统归为一种称为“标量场”的奇特能量形式。这种能量场有着严格的定义，而且性质复杂。在此，“场”是指一种具有能量和压力、遍及整个空间物理量。宇宙学家最先是用标量场来解释宇宙大爆炸之后的暴涨过程。根据暴涨理论，宇宙在大爆炸后即经历了一个持续时间不到一秒但暴涨了几万万亿倍的急剧膨胀过程。谢勒在其模型中引入了一个第二代标量场，称为“K-本质”。“K-本质”这一概念是由普林斯顿大学的理论物理学家保罗·斯泰恩哈德等人为解释暗能量而提出来的，但谢勒是第一个指出一种简单的“K-本质”标量场也可以用来解释暗物质的人。
对于暗物质和暗能量的关系，最近科学家对它有这样的描述：“不知道是什么，对这种物质的相对数量，进行了细微的调整，使二者在量上非常近似，加起来刚好适合。这不是巧合，二者之间一定有某种联系。”如果真是这样的话，宇宙将保持它的有序状态，继续平稳地运行下去！
四、与人类的关系
著名物理学家、诺贝尔物理学奖获得者李政道在清华大学参加纪念中国博士后流动站成立二十周年的庆祝活动时，曾向与会的千余名博士后阐述他对暗物质和暗能量的看法。“21世纪初科学最大的谜是暗物质和暗能量。它们的存在，向全世界年轻的科学家提出了挑战。暗物质存在于人类已知的物质之外，人们目前知道它的存在，但不知道它是什么，它的构成也和人类已知的物质不同。在宇宙中，暗物质的能量是人类已知物质的能量的5倍以上。暗能量更是奇怪，以人类已知的核反应为例，反应前后的物质有少量的质量差，这个差异转化成了巨大的能量。暗能量却可以使物质的质量全部消失，完全转化为能量。宇宙中的暗能量是已知物质能量的14倍以上。”对于暗物质和暗能量，李政道提出了“天外有天”的观点，“因为暗能量，我们的宇宙之外可能有很多的宇宙”，“我们的宇宙在加速地膨胀”且“核能也许可以和宇宙中的暗能量相变相连”。对于人类来说，这些是我们尚未探明的东西，但是它们却真切的存在与宇宙中并起着巨大的作用。
正是宇宙中有物质、暗物质和暗能量的存在，才使宇宙保持着有序状态。由于可见宇宙的可见物质只占总量的4%，所以暗物质和暗能量的存在对保持宇宙的有序状态至关重要。假若暗能量的值保持不变，那么它将总是具有斥力，并推动宇宙不断地加速膨胀。如果没有暗物质的存在，星系将很快就会解体，高速运动的太阳，早已飞出银河系了。它对宇宙的膨
账起着制动和刹车的作用。
参考文献：
[1]陈安邺.三重宇宙[J].大科技(科学之谜),2011.
[2]罗正大.不可视觉物质：暗能量和量子外力[M]. 2005.
[2]李政道.暗能量的可能来源[J]. Nacler Phyaicasa. 2005.
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