暗物质是充满宇宙但没有人见过的神秘物质
暗物质是完全看不见的。它不发射光或能量，因此不能被传统的传感器和检测器检测到。科学家们认为，其难以捉摸的本质的关键必须在于它的成分。
可见物质，也称为重子物质，由重子组成——重子是质子、中子和电子等亚原子粒子的总称。科学家们只是推测暗物质是由什么构成的。它可以由重子组成，但也可以是非重子，这意味着由不同类型的粒子组成。
大多数科学家认为暗物质是由非重子物质组成的。主要候选者 WIMPS（弱相互作用的大质量粒子）被认为具有质子质量的十到一百倍，但它们与“正常”物质的弱相互作用使它们难以被发现。中微子是比中微子更重、更慢的巨大假设粒子，是最重要的候选者，尽管它们尚未被发现。
无菌中微子是另一个候选者。中微子是不构成常规物质的粒子。一条来自太阳的中微子河流，但由于它们很少与正常物质相互作用，它们穿过地球及其居民。
已知有三种中微子；第四种，无菌中微子，被提议作为暗物质候选者。无菌中微子只能通过重力与常规物质相互作用。
密歇根州立大学物理学和天文学副教授、南极洲冰立方中微子天文台的合作者泰斯·德扬告诉太空：“一个悬而未决的问题是，进入每个中微子种类的分数是否存在模式。”
较小的中性轴子和不带电的光子——都是理论粒子——也是暗物质的潜在占位符。
还有反物质这种东西，和暗物质不一样。反物质由与可见物质粒子基本相同但电荷相反的粒子组成。这些粒子称为反质子和正电子（或反电子）。当反粒子遇到粒子时，会发生爆炸，导致两种物质相互抵消。因为我们生活在一个由物质构成的宇宙中，很明显周围没有那么多反物质，否则就什么都没有了。与暗物质不同，物理学家实际上可以在他们的实验室中制造反物质。
但如果我们看不到暗物质，我们怎么知道它存在呢？答案是重力，由物质构成的物体所施加的力与其质量成正比。自 1920 年代以来，天文学家就假设宇宙必须包含比我们所能看到的更多的物质，因为似乎在宇宙中发挥作用的引力似乎比仅可见物质所能解释的要强。
“星星的运动告诉你有多少物质，”耶鲁大学研究员彼得·范多库姆在一份声明中说。“他们不在乎问题是什么形式，他们只是告诉你它就在那里。”
天文学家在 1970 年代检查螺旋星系时预计会看到中心的物质比外缘移动得更快。相反，他们发现两个位置的恒星以相同的速度行进，这表明星系包含的质量比可见的要多。
对椭圆星系内气体的研究也表明，需要比可见物体更多的质量。如果星系团所包含的唯一质量是常规天文测量可见的质量，它们就会飞散。
不同的星系似乎包含不同数量的暗物质。2016 年，范多库姆领导的一个团队发现了一个名为蜻蜓 44的星系，它似乎几乎完全由暗物质组成。另一方面，自 2018 年以来，天文学家发现了几个似乎完全没有暗物质的星系。
引力不仅影响星系中恒星的轨道，还影响光的轨迹。著名物理学家阿尔伯特·爱因斯坦在 20 世纪初表明，宇宙中的大质量物体由于其引力而弯曲和扭曲光。这种现象称为引力透镜。通过研究光是如何被星系团扭曲的，天文学家已经能够绘制出宇宙中暗物质的地图。
今天，绝大多数天文学界都承认暗物质的存在。
“一些天文测量证实了暗物质的存在，导致全世界都在努力在极其敏感的探测器中直接观察暗物质粒子与普通物质的相互作用，这将证实它的存在并阐明它的特性，”格兰萨索意大利国家实验室（LNGS）在一份声明中说。“然而，这些相互作用非常微弱，以至于到目前为止它们都逃脱了直接检测，迫使科学家们建造越来越灵敏的探测器。”
尽管所有证据都指向暗物质的存在，但也有可能根本不存在这样的东西，并且描述太阳系内物体运动的万有引力定律需要修改。
暗物质似乎以网络状分布在整个宇宙中，在纤维相交的节点处形成了星系团。通过验证引力在我们太阳系内外的作用相同，研究人员为暗物质和暗能量的存在提供了额外的证据。
暗物质从何而来？
暗物质似乎以网状分布在整个宇宙中，在纤维相交的节点处形成了星系团。通过验证太阳系内外的引力作用相同，研究人员为暗物质的存在提供了额外的证据。（事情甚至更复杂，因为除了暗物质之外，似乎还有暗能量，这是一种无形的力量，负责对抗重力的宇宙膨胀。）
但是暗物质从何而来？显而易见的答案是我们不知道。但是有一些理论。2021 年 12 月发表在《天体物理学杂志》上的一项研究认为，暗物质可能集中在黑洞中，黑洞是通往虚无的强大大门，由于它们的极端引力，它们会吞噬附近的一切。因此，暗物质将与我们今天所看到的宇宙的所有其他构成元素一起 在大爆炸中产生。
白矮星和中子星等恒星残骸也被认为含有大量暗物质，所谓的自有矮星也是如此，这些失败的恒星没有积累足够的物质来启动核聚变.
星系中心的暗物质
科学家如何研究暗物质？
既然我们看不到暗物质，我们真的可以研究它吗？有两种方法可以更多地了解这个神秘的东西。天文学家通过观察宇宙中物质的聚集和物体的运动来研究宇宙中暗物质的分布。另一方面，粒子物理学家正在寻求探测构成暗物质的基本粒子。
安装在国际空间站上的一项名为阿尔法磁谱仪(AMS) 的实验可以检测宇宙射线中的反物质。自 2011 年以来，它已被超过 1000 亿条宇宙射线击中，为了解穿越宇宙的粒子组成提供了迷人的见解。
“我们测量了过量的正电子（电子的反物质对应物），这种过量可能来自暗物质，”AMS 首席科学家、麻省理工学院诺贝尔奖获得者 Samuel Ting 告诉 Space.com。“但目前，我们仍然需要更多数据来确保它来自暗物质，而不是来自一些奇怪的天体物理学来源。这将需要我们再运行几年。”
回到地球上，在意大利的一座山下，LNGS 的 XENON1T正在寻找 WIMP 与氙原子碰撞后的相互作用迹象。
哥伦比亚大学教授、项目发言人 Elena Aprile在一份声明中说：“利用 XENON1T 在地球上用超低背景大型探测器探测暗物质的新阶段刚刚开始。 ” “我们很自豪能够凭借这款令人惊叹的探测器走在竞赛的最前沿，这是同类中的第一个。”
位于南达科他州金矿的大型地下氙暗物质实验(LUX) 也一直在寻找 WIMP 和氙相互作用的迹象。但到目前为止，该仪器还没有揭示出神秘的物质。
“虽然一个积极的信号会受到欢迎，但大自然并不那么善良！” 伦敦大学学院的物理学家、LUX 的合作者 Cham Ghag 在一份声明中说。“尽管如此，一个无效的结果很重要，因为它通过约束模型来改变该领域的格局，以了解暗物质可能超越以前存在的任何东西。”
IceCube中微子天文台是一个埋在南极冰冻表面下的实验，正在寻找假设的无菌中微子。无菌中微子仅通过重力与常规物质相互作用，使其成为暗物质的有力候选者。
旨在探测难以捉摸的暗物质粒子的实验也在瑞士欧洲核研究组织(CERN) 的强大粒子对撞机中进行。
几个绕地球运行的望远镜正在寻找暗物质的影响。欧洲航天局的普朗克航天器于 2013 年退役，在拉格朗日点2（绕太阳轨道上的一个点，航天器相对于地球保持稳定位置）工作了四年，绘制了宇宙微波背景的分布图，宇宙大爆炸的遗物。这种微波背景分布的不规则性揭示了暗物质分布的线索。
2014 年，美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜在伽马射线光下绘制了我们银河系中心的地图，揭示了从其核心延伸出的过量伽马射线辐射。
“我们发现的信号无法用目前提出的替代方案来解释，并且与非常简单的暗物质模型的预测非常一致，”主要作者、伊利诺伊州费米实验室的天体物理学家 Dan Hooper 告诉 Space.com。
研究人员说，过量可以通过质量在 31 到 400 亿电子伏特之间的暗物质粒子的湮灭来解释。结果本身不足以被认为是暗物质的确凿证据。需要来自其他观测项目或直接探测实验的额外数据来验证解释。
经过 30 年的发展，于 2021 年 12 月 25 日发射的詹姆斯韦伯太空望远镜预计也将有助于寻找难以捉摸的物质。世纪望远镜的红外眼睛可以看到时间的开始，无法直接看到暗物质，但通过观察宇宙最初阶段以来的星系演化，有望提供见解这在以前是不可能的。
人类目前如何探测暗物质？
目前，我们所熟知的物质世界被所谓的“粒子物理标准模型”所描述，这个模型中包括人类至今所发现的一切基本粒子，总共61种。不过，不是所有粒子都可以对宇宙中物质的组成有贡献。这是因为绝大多数标准模型粒子或它们所构成的复合粒子是不稳定的，寿命极短。在宇宙演化的长久过程中，只有少数几种稳定的粒子可以保存下来，成为构成宇宙间万物的基本构件，它们分别是：电子、光子、中微子、质子以及中子（注：中子需与质子组成原子核才能稳定存在）。除中微子外，剩下的四种粒子都参与电磁相互作用，原则上都可以通过电磁信号被我们观测到，因此它们被称为可见物质。
与可见物质相对的就是暗物质，给出一个通常的定义就是：不参与电磁相互作用的物质。前面所提到的中微子就是一种暗物质，（由恒星坍缩而成的）黑洞也是一种暗物质。但是，这两种我们熟知的暗物质在宇宙中的占比可能只有不到1%，远比我们根据天文观测数据所反推出的暗物质总量要少得多。因此，宇宙中一定还有大量的未知种类的暗物质没有被我们发现。接下来我分三个部分来介绍一下当前我们对暗物质的认识。
一、暗物质的观测历史
故事要从上世纪二十年代开始说起。这一时期星系天文学刚刚兴起，人们开始认识到我们所在的银河系并不是宇宙的全部，在银河系之外还有众多其他的星系。一个星系通常包含几亿到几万亿颗恒星，然而我们谁都没有见过数亿恒星跃然于夜空中的壮阔场面，这是因为绝大多数恒星离我们非常遥远，它们发出的光传播至地球时已非常暗淡。实际上，夜空中肉眼可分辨的恒星最多只有六千颗，它们都在银河系内。对于银河系外的其他星系，它们整体看上去只是一片云状的亮斑，只有借助大口径的天文望远镜才能分辨出其中的一小部分恒星。
1.1 星系团的质量
正如恒星会在引力的作用下聚集形成星系，星系之间也会在由于引力而结团形成更大的星系团结构。通过观察星系团中的各个星系的亮度和运动情况，人们可以推算出整个星系团的质量，这里主要有两种方法：
（1）根据星系团中星系的数量和整体发光情况去反推星系团的质量，这被称为“光度质量”。
（2）测量星系团中大量星系的运动速度，根据速度的离散程度，可以通过引力理论去计算星系团的质量，由这种方法得到的质量被称为“动力学质量”。
如果星系团中的大多数物质是发光的，那么这两种质量应当不相上下。然而在三十年代，天文学家Zwicky和Smith却发现了一件不可思议的事：某些星系团的光度质量实际上远小于其动力学质量。这反映出了一个难以置信的事实：宇宙中发光物质或者说可见物质的总量可能要远少于不发光的物质。这些不发光的物质不参与电磁相互作用，没有任何电磁信号，人们只能通过其庞大的引力效应去感受它们。这就是暗物质最初的观测证据。不过，由于当时人们对物质的微观模型了解甚少，且对星系团系统的稳定性存在争议，所以没有暗物质给予足够的重视。
图1 一个典型的星系团。其光度质量远小于动力学质量暗示着存在大量不发光的暗物质。
1.2 星系旋转曲线
上世纪七十年代，一项天文观测结果引发了暗物质的研究热潮，这就是著名的“星系旋转曲线”。如下图所示，星系旋转曲线是指，距离星系一定距离处的星体绕星系中心旋转速度的函数曲线。如果星系的引力仅由可见物质提供，那么可以计算出旋转曲线应该像图中红线那样，距离星系中心越远的星体旋转速度应该越慢。然而，天文学家Rubin和Ford在对仙女星系进行观测时却发现：实际的旋转曲线是像图中白线那样的，在超出一定距离后，离星系中心越远的星体旋转速度几乎保持不变。
这意味着什么呢？我们都知道，旋转半径相同时转速越快离心力越大，所以，如果星系的引力仅由可见物质提供，那么外围的那些高速运动的星体将会被甩出星系。显然，这种事情并没有发生。所以那些星体一定在被某些看不到的东西所吸引，因而被束缚在了星系中。这就是暗物质的又一个重要观测证据。
图2 星系旋转曲线。实际测量到的曲线与仅靠可见物质所能计算出的曲线非常不同，这意味存在大量不可见的暗物质。
1.3 引力透镜效应
在哈勃望远镜升天之后，人们又获得了证明暗物质存在的新证据。新的观测结果来自于引力透镜效应，这是被爱因斯坦的广义相对论所预言的一种天文现象。在广义相对论中，时空会被大质量天体所弯曲，光线在经过这些天体周围时路径会发生偏折，就像经过了一个透镜一样。由于星系团的质量非常大，所以它们的引力透镜效应足够强烈以至于可以被哈勃望远镜观察到。根据引力透镜效应的观测数据，人们可以反推出星系团的质量分布，从而确定其中暗物质的分布。
下图是2006年对子弹星系团的观测结果，图中粉红色部分是由X射线信号反映出的可见物质的分布，蓝色部分则是由引力透镜效应反推出的总的质量分布，可以看到二者是不重合的。这说明可见物质并不能主导星系团的质量，它们只占星系团总物质的一小部分，星系团的大部分质量是由不可见的暗物质提供的。
图3 子弹星系团中可见物质分布与总质量分布不重合，意味着存在大量不可见的暗物质为星系团提供了质量。
1.4 宇宙微波背景辐射
进入21世纪之后，随着WMAP、Planck卫星的升天，观测宇宙学进入了“精确时代”。人们可以根据宇宙微波背景辐射（CMB）的各向异性谱去确认宇宙中各种物质组分的含量。先说一下啥是CMB. 通俗地说，CMB就是从宇宙大爆炸时期遗留下来的光。138亿年前，宇宙从一场大爆炸中诞生，产生的光充满了整个宇宙。这些光经过上百亿年的演化遗留至今，其波长随宇宙膨胀被拉长至微波波段，最终形成了今天氤氲在整个宇宙中的微波背景辐射。
把探测卫星对准天空的各个方向，就可以接收到这些背景辐射，然后像画世界地图一样画出背景辐射在整个天空或者说天球上的分布，如下图4所示。可以看到CMB不是完全均匀分布在宇宙中的，而是有的地方温度/密度高一些，有的地方温度/密度低一些。这些涨落相对背景来说不到万分之一，但它们却包含着有关整个宇宙物理性质的重要信息！运用数学手段可以把CMB在天球上的分布按照球谐函数展开，得到一个“各向异性谱”，如下图5所示。在理论上，调整宇宙中各物质组分的比例，会得到形状不一样的各向异性谱。所以，根据我们测量到的各向异性谱的形状可以反推出宇宙中各种物质组分的比例。拟合结果是：可见物质占4.9%，暗物质占26.2%，暗能量占68.9%.
图4 宇宙微波背景辐射（CMB）在天空各个方向的分布。图中暖色为辐射密度高的区域，冷色为辐射密度低的区域。
图5 CMB的各向异性谱，不同的物质比例意味着不同的谱形，因此可以由观测到的谱形反推出宇宙中各物质组分的比例。
以上就是暗物质的一些重要观测证据。从测量结果来看，暗物质在宇宙中的占比是可见物质的5倍多，任何已知的物质种类都无法达到如此之多的总量。因此，暗物质的主要组成一定是某些未知种类的物质。
二、暗物质的候选者
在介绍暗物质的可能组成之前，先来总结一下暗物质应有的性质：
不参与电磁相互作用和强相互作用，否则会有电磁信号或与原子核强烈作用。
必须是稳定的，因为要经过138亿年的演化遗留至今。
必须在早期宇宙中产生，因为在CMB中有暗物质的信号。
暗物质在星系结构开始形成之时是非相对论性运动的，即动能远小于其质量对应的静能。这样才能让宇宙形成今天这样的网状大尺度结构。
基于这些性质，物理学家们构建出了各种各样的暗物质理论模型，主要是各种新的基本粒子模型，比较有名的是以下几类：①弱作用大质量粒子（WIMP）、②轴子、③惰性中微子、④超大质量粒子、⑤超轻矢量粒子。接下来分别介绍一下。
2.1 弱作用大质量粒子（WIMP）
这是一类基本粒子模型的统称，指的是质量在GeV~TeV数量级（1~1000倍质子质量），相互作用强度与标准模型的弱相互作用差不多的粒子。这类粒子如果存在的话，它们会在宇宙大爆炸之初大量产生。然后在宇宙的温度降低至WIMP粒子的质量能标之后，它们会快速地相互湮灭，最终剩余一部分遗留至今成为暗物质。
WIMP型暗物质可以从许多超出标准模型的理论中得到，它们的相互作用截面适中，且质量在TeV数量级以下也容易被下一代的粒子对撞机检验，因此得到了广泛的关注。最热门的WIMP型暗物质候选者是最轻的超对称粒子。超对称是人们为了解决标准模型的规范等级问题、大统一问题而引入的一种玻色子与费米子之间的对称性，认为每一个玻色子都对应一个费米子作为超对称伙伴，反之亦然。因此超对称理论中会引入许多超对称粒子，其中最轻的超对称粒子不会衰变到其他超对称粒子，所以足够稳定可以充当暗物质的角色。
2.2 轴子
粒子物理标准模型存在一个疑难问题，那就是——为什么强相互作用的CP宇称是守恒的？在理论上完全可以存在强相互作用的CP对称性破坏，但实际上却没有发现这种事情。为了解决这一问题，物理学家们构建了一种新的粒子物理模型——Peccei-Quinn模型，里面引入了一种叫做轴子的粒子。轴子的质量非常小，远不到eV的数量级，但它可以从极早期宇宙的QCD相变中大量产生，从而充满全宇宙，成为暗物质候选者。
2.3 惰性中微子
标准模型还有一个疑难问题——为什么中微子的质量那么小？为了解决这一问题，物理学家们提出了一种“跷跷板机制”。也就是，引入某种右手中微子，使它的质量与标准模型的左手中微子相关联。当右手中微子的质量足够大时，左手中微子的质量就会被压得很低。这种新引入的右手中微子与标准模型粒子没有直接相互作用，所以被称为惰性中微子。它质量大约在keV数量级，足够稳定，与WIMP的产生方式类似，也可以当作是一种暗物质的候选者。
2.4 超大质量粒子
超大质量粒子又称为哥斯拉粒子，指的是质量大于暴胀能标（约  GeV）的一类粒子。这种粒子如果存在，它会有两种主要的产生途径。第一种是在宇宙暴胀时期通过真空量子涨落产生，这是一种典型的引力量子效应，暗物质是从真空中“凭空”涌现出来的。第二种通过其他热粒子湮灭的“freeze in”机制产生，大体意思就是说宇宙重加热之后有一堆温度极高的热粒子，这些热粒子可以通过与暗物质粒子直接耦合或者通过引力子作为传播子，来把能量传递给暗物质场，激发出暗物质粒子。我最近的一篇论文针对Weyl规范玻色子这种暗物质模型，研究了以上的两种产生机制，感兴趣的读者可以看一看（arXiv: 2203.15452）。
2.5 超轻矢量粒子
超轻矢量粒子是指质量小于eV数量级的自旋1的暗物质粒子模型。它的产生途径也是在宇宙暴胀时期通过真空量子涨落产生，但与超大质量粒子不同的一点是，超轻矢量粒子在宇宙暴胀时期会经历一种  的“快子”状态，这会导致它的产生率激增，从而使得质量如此之小的它也可以达到当前所观测到的暗物质总量。
2.6 原初黑洞
以上说的都是粒子型暗物质候选者，其实还有一种天体型暗物质候选者，它就是在极早期宇宙中产生的原初黑洞。这种黑洞与恒星坍缩成的黑洞非常不同，它不是由天体物理过程演化形成的，而是从极早期宇宙的密度涨落直接形成的。在宇宙诞生的极早期，宇宙暴胀为宇宙带来了原初的密度扰动，如果某些时空区域的密度扰动幅度足够大，那么随着视界扩大它就会包含足够多的物质，直接把这片时空区域坍缩成黑洞，这就是所谓的原初黑洞。
由于霍金辐射效应，原初黑洞从诞生后会慢慢蒸发损失质量，因此即使原初黑洞在极早期宇宙中产生，它也不一定能存活到今天。不过，黑洞质量越大蒸发速度越慢，由计算可知质量大于  吨的原初黑洞经过了138亿年的演化依然可以存活到今天，从而充当暗物质。引力波、引力透镜等实验可以对能够充当全部暗物质的原初黑洞的质量提供较强的限制。目前基本可以确定如果原初黑洞大量存在的话，它的平均质量应在太阳质量以下，并拥有一个较宽的质量分布。未来的空间引力波探测实验，如LISA或我国的太极计划，可以对原初黑洞的参数空间提供更强的限制，进一步检验这种暗物质模型的可行性。
终极、暗物质的探测
以上说了那么多种暗物质模型，究竟哪种才是正确的呢？这需要由实验来决定。目前，人们针对不同的暗物质模型设计了许许多多不同的实验来试图直接捕捉暗物质的信号。按照实验类型可以分为：①深地实验、②空间实验、③对撞机实验等等。
3.1 深地实验
深地实验是指把探测器放置于极深的地下或山洞中，从而屏蔽掉高能宇宙射线对实验的影响，使探测器能够专注于寻找暗物质的信号。目前比较有名的实验有：美国的SuperCDMS实验，欧洲的EDELWEISS实验、XENON实验，以及中国的CDEX实验、PandaX实验等等。
这些实验主要针对WIMP型暗物质候选者。以PandaX实验为例，它的主要实验装置是一个装满了4吨高纯度液氙的容器，在容器的顶部与底部布满了光电探测器。如果有暗物质粒子从外部射入这个探测器，它就有一定概率与氙原子的原子核发生碰撞，从而产生光电信号，被探测器捕捉到。然而，绝大多数的实验至今都没有发现超出本底的信号，也就是说，从统计的角度没有发现暗物质的显著痕迹。不过有一个例外，前年的XENON1T实验发现了显著超出背景的信号，置信度为3.5σ. 有些研究人员认为这个信号是暗物质造成的，但也有一些人认为信号可能来自背景的污染。
图6 中国的PandaX暗物质探测器
3.2 空间实验
空间实验是指把探测器当作卫星发射上天或者安装在空间站上，以此来在外太空探测暗物质。比较著名的实验包括：国际空间站的AMS实验、美国的Fermi卫星、中国的DAMPE卫星等等。空间实验通常是间接探测实验，它不像深地实验一样直接寻找暗物质的信号，而是通过探测高能宇宙射线，统计宇宙线的能量谱是否有超出或反常，然后再判断反常是否由暗物质湮灭造成。目前的实验确实发现了一些反常的信号，但暂时无法判断这些信号是否和暗物质有关。
3.3 对撞机实验
对撞机是研究粒子物理的最直接的工具。如果暗物质的质量在对撞机的能量范围内，且与标准模型粒子的相互作用足够强，那么在对撞机中就一定可以产生暗物质粒子。然而，目前的实验并没有发现显著的新粒子信号。这说明要么暗物质粒子的质量太大，超出了对撞机的最高有效能量；要么质量太小，淹没在了标准模型粒子的背景中；要么它与标准模型粒子的相互作用太弱，以至于产生的数量太少，没有明显的统计信号。
3.4 其他实验
除了以上类型的实验之外，还有许多其他的暗物质探测实验。比如①用于探测轴子的ADMX实验；②通过探测中微子来判断暗物质的超级神冈实验、冰立方实验；③用于寻找暗光子的FUNK实验等等。这些实验至今同样没有发现显著的暗物质信号。
在回答的最后，我想说，虽然人们至今还没有探测到任何暗物质，未能确定暗物质的物理本质，但我们依然要对未来的探索充满信心。科学研究的道路总是曲折的，宇宙对于我们小小的人类来说总是迷雾重重的。但当我们冲破这层层迷雾之后，映入眼帘的就会是另一番别致的风景。到那时我们就会感慨，我们现在所做的一切都是值得的。
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探索暗物质到底有什么意义？
◆一、没任何意义，纯粹的是浪费资源与时间！
因为，所谓的暗物质应该只是几乎无处不在的、温度较低的、不怎么能产生可见光的正常物质。就像太阳系除太阳以外，其余的全部都是暗物质一样！
在提出暗物质的概念时，计算恒星绕星系中心的离心力所使用的运动速度是用错误的哈勃定律/哈勃常数计算出来的。而计算向心力时用的星系总质量又是可见质量代替的！这两个错误的做法促进了无中生有的所谓的暗物质的诞生！
自引入场概念开始，物理学就逐渐误入歧途了！相对论、量子力学和宇宙大爆炸论都是建立在对光的本质、光与介质相互作用规律及决定光速主因认识不正确的基础上的，是完全不符合客观事实的！
实际上，近代物理学最开始出错是从引进场（万有引力场丶电场和磁场）概念并将其视为可脱离场源（质量与电荷）而独立存在的客观实体开始的！由于有质量和电荷的物质在时空上的分布是非连续型离散状态，而场只是力（万有引力、库仑力和磁力）的归一化。没有场源的空间位置上是不可能存在场的。由此决定了场不可能是连续可导函数！这直接导致了与场论有关的物理学术语、概念、公式、定理和定律等都是不符合客观事实的！
近百多年来，物理学界奇谈怪论层出不穷的根源与物理问题数学化脱不了干系！
将场（万有引力场、电场和磁场）视为可脱离场源（有质量和有电荷的物质）而独立地、连续可导函数般地存在于所有空间位置上的客观实体，并依此发展出来的场论就是近现代物理学脱实入虚、离客观事实越来越远的罪魁祸首！
所谓的万有引力场只是有质量的物质间存在的万有引力的归一化！
所谓的电场只是有电荷的物质间存在的库仑力的归一化！
所谓的磁场只是动电荷物质间存在的磁力的归一化！
在没有质量存在的空间位置上并不存在万有引力场！
在没有电荷存在的空间位置上并不存在电场和磁场！
有质量和有电荷的物质在客观世界中的真实分布是离散和不连续的，这就决定了所谓的万有引力场、电场和磁场都不可能是连续可导函数！所以由场论发展出来的高斯定理、麦克斯韦方程组、电磁感应定律等电磁学、电动力学中的高大上公式和方程都不可能是符合客观事实的真理！
可以肯定的是：光既不是电磁波也不是光子，更没有波粒二象性！
实际上，不仅不存在由变化的电场与变化的磁场相互激励而形成的电磁波，就连电场和磁场也不是能脱离电荷而独立存在的客观实体！没有电荷存在的空间位置上是不存在电场和磁场的。由此决定了场论的所有推论与结论都是不符合客观事实的！
请爱好物理学的小编们、朋友们和国内的科学家们多质疑少宣传不吹捧近代物理学中的相对论、量子力学和宇宙大爆炸论吧！因为，根据本人对光的本质、光与介质相互作用规律及决定光速主因的长期研究和取得的相关成果，光既不是电磁波也不是光子，更没有波粒二象性。光只是不能脱离电荷而独立存在的、电荷与电荷之间存在的库仑力和磁力的表现形式之一！而相对论、量子力学和宇宙大爆炸论都是因为对光的基本属性认识不正确情形下的产物，是完全违背了客观事实的！让这类歪理邪说横行霸道上百年是整个人类的奇耻大辱！
建立在光速不变假设基础上的相对论，建立在光子假设基础上的量子力学，建立在星光红移量中与距离成正比的部分为多普勒红移假设基础上的哈勃定律及以其为基础的宇宙大爆炸论都是不符合客观事实的！
爱因斯坦用具有与其频率成正比动量和动能的光子假设解释光电效应并不成功，更谈不上完美！至少无法解释下面三大问题：
一是为何高于一定频率的光也不能产生光电效应？违背粒子间相互作用规律。如：X射线和r射线。
二是为何有部分光电子的出射方向与照射光的夹角大于90度，违背了动量守恒定律？
三是为何红限（高于红限的光才能产生光电效应）不会随照射光的强度提高而降低？也就是不会出现两个或两个以上的光子同时或先后作用于同一电子而使其成为光电子（脱离金属表面成为自由电子）？与粒子的相互作用规律相背！
只有用入射光为同频率的库仑力和磁力使金属原子最外层电子中部分相位和绕核运动频率合适的电子被同步加速而达到逃逸速度后成为光电子来解释光电效应才是完美无缺的！
相对论、量子力学和宇宙大爆炸论都是不符合客观事实的！理由有三：
一是：因为光速不仅不会不变，还时时处处在变！不信就用本人下文中的方法直接测量真空中不同运动状态光源产生的光之速度并检验其与产生它的光源运动状态的关系就会发现：真空中的光速与产生它的光源运动状态直接相关！这也是光行差常数和斐索流水实验结果所早就证明了的！
二是：因为光既不是电磁波也不是光子，更没有波粒二象性和动量与能量！严格来说：光只是电荷之间存在的库仑力和磁力，是不能脱离电荷而独立存在的，它怎么可能具有动量和动能呢！更不可能出现变化的电场与磁场相互激励而形成所谓的电磁波！这两种力只存在于电荷之间，怎能相互作用而形成新的力呢？！
三是：因为光与介质作用规律是：入射光会使被照射到的原子极化（在同一外力库仑力和磁力作用下，原子中的电子和原子核会反向改变运动状态而改变原来的电中性状态）电偶极矩随入射光频率和振幅变化的电偶极子并产生相的次生光！由于星际空间存在密度低但数量巨大的气态物质，地球人看到的是这些星际物质产生的次生折射光，其频率因再生时会发生些许降低，从而导致星光随距离降低的现象。这才是星光红移量与距离成正比的真相！
◆二、暗物质(包括暗能量)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，第一次发现了暗物质存在的证据。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。 在引入宇宙膨胀理论之后，许多宇宙学家相信我们的宇宙是平直的，而且宇宙总能量密度必定是等于临界值的（这一临界值用于区分宇宙是封闭的还是开放的）。与此同时，宇宙学家们也倾向于一个简单的宇宙，其中能量密度都以物质的形式出现，包括4%的普通物质和96%的暗物质。但事实上，观测从来就没有与此相符合过。虽然在总物质密度的估计上存在着比较大的误差，但是这一误差还没有大到使物质的总量达到临界值，而且这一观测和理论模型之间的不一致也随着时间变得越来越尖锐。 当意识到没有足够的物质能来解释宇宙的结构及其特性时，暗能量出现了。暗能量和暗物质的唯一共同点是它们既不发光也不吸收光。从微观上讲，它们的组成是完全不同的。更重要的是，像普通的物质一样，暗物质是引力自吸引的，而且与普通物质成团并形成星系。而暗能量是引力自相斥的，并且在宇宙中几乎均匀的分布。所以，在统计星系的能量时会遗漏暗能量。因此，暗能量可以解释观测到的物质密度和由暴涨理论预言的临界密度之间70-80%的差异。之后，两个独立的天文学家小组通过对超新星的观测发现，宇宙正在加速膨胀。由此，暗能量占主导的宇宙模型成为了一个和谐的宇宙模型。最近威尔金森宇宙微波背景辐射各向异性探测器（Wilkinson Microwave Anisotrope Probe，WMAP）的观测也独立的证实了暗能量的存在，并且使它成为了标准模型的一部分。 暗能量同时也改变了我们对暗物质在宇宙中所起作用的认识。按照爱因斯坦的广义相对论，在一个仅含有物质的宇宙中，物质密度决定了宇宙的几何，以及宇宙的过去和未来。加上暗能量的话，情况就完全不同了。首先，总能量密度（物质能量密度与暗能量密度之和）决定着宇宙的几何特性。其次，宇宙已经从物质占主导的时期过渡到了暗能量占主导的时期。大约在“大爆炸”之后的几十亿年中暗物质占了总能量密度的主导地位，但是这已成为了过去。现在我们宇宙的未来将由暗能量的特性所决定，它目前正时宇宙加速膨胀，而且除非暗能量会随时间衰减或者改变状态，否则这种加速膨胀态势将持续下去。 不过，我们忽略了极为重要的一点，那就是正是暗物质促成了宇宙结构的形成，如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星，也就更谈不上今天的人类了。宇宙尽管在极大的尺度上表现出均匀和各向同性，但是在小一些的尺度上则存在着恒星、星系、星系团、巨洞以及星系长城。而在大尺度上能过促使物质运动的力就只有引力了。但是均匀分布的物质不会产生引力，因此今天所有的宇宙结构必然源自于宇宙极早期物质分布的微小涨落，而这些涨落会在宇宙微波背景辐射（CMB）中留下痕迹。然而普通物质不可能通过其自身的涨落形成实质上的结构而又不在宇宙微波背景辐射中留下痕迹，因为那时普通物质还没有从辐射中脱耦出来。 另一方面，不与辐射耦合的暗物质，其微小的涨落在普通物质脱耦之前就放大了许多倍。在普通物质脱耦之后，已经成团的暗物质就开始吸引普通物质，进而形成了我们现在观测到的结构。因此这需要一个初始的涨落，但是它的振幅非常非常的小。这里需要的物质就是冷暗物质，由于它是无热运动的非相对论性粒子因此得名。 在开始阐述这一模型的有效性之前，必须先交待一下其中最后一件重要的事情。对于先前提到的小扰动（涨落），为了预言其在不同波长上的引力效应，小扰动谱必须具有特殊的形态。为此，最初的密度涨落应该是标度无关的。也就是说，如果我们把能量分布分解成一系列不同波长的正弦波之和，那么所有正弦波的振幅都应该是相同的。暴涨理论的成功之处就在于它提供了很好的动力学出发机制来形成这样一个标度无关的小扰动谱（其谱指数n=1）。WMAP的观测结果证实了这一预言，其观测到的结果为n=0.99±0.04。 但是如果我们不了解暗物质的性质，就不能说我们已经了解了宇宙。现在已经知道了两种暗物质--中微子和黑洞。但是它们对暗物质总量的贡献是非常微小的，暗物质中的绝大部分现在还不清楚。这里我们将讨论暗物质可能的候选者，由其导致的结构形成，以及我们如何综合粒子探测器和天文观测来揭示暗物质的性质。
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