暗物質有沒有可能人類就是看不到，但是別的生物可以看到？

2021-03-03科學

問：暗物質有沒有可能人類就是看不到，但是別的生物可以看到？

答：沒有可能。

你需要搞明白暗物質的定義，才能思考這種問題，而不至於亂想一通。

「看」的定義是透過視覺感知電磁波，而 狹義的 暗物質是 不參與電磁相互作用 的。

在此基礎上，別忘了你也從未「看到」一個電子。 人類可以借助弱相互作用和重力相互作用觀測到暗物質，也可以透過電磁相互作用觀測暗物質對其它物質的影響而間接觀測暗物質 。人類修建的暗物質體子探測器材在基本排除宇宙線與自然本底輻射影響後已經觀測到一些東西撞擊原子核產生的訊號，它的變化規律不能歸結到太陽系內已知天體的活動上。

以題目談到的「看不到空氣」為例，空氣在高溫物體附近運動時對光的不均勻折射可以產生扭曲的影像。你可以在夏天眺望被陽光烤得發燙的路面上方，從而間接觀測到空氣。

人類的儀器已經可以檢測到作為暗物質的微中子，而地球上沒有任何已知生物表現出自己能「看」到微中子。

以題目談到的「海豚運用超聲波遠在人類發現超聲波之前」為例，古人早已知道海豚能夠在渾濁的水裏感知障礙物，必然具有勝過人的肉眼的感官。與此相對的，人類沒有發現地球上的任何非人生物有能檢測到太陽發射的微中子的跡象。

廣義的 暗物質是在我們目前的條件下 不能靠電磁波觀測 的東西，包括重子暗物質和非重子暗物質 ^[1] 。重子暗物質是參與電磁相互作用的，例如非常稀薄的星際分子雲、附近缺乏光源的星際行星和褐矮星、遙遠的暈族大質素致密天體（中小型黑洞、中子星、較暗的白矮星）。你的身體也主要是重子物質。

觀測不到一部份重子物質，是因為對我們手裏的望遠鏡來說 目標在其距離上看起來光度太低 ，而目標實際上未必暗到哪去 ^[2] 。

人類的光學望遠鏡的效能早就超過了地球上所有的非人生物，人類觀測不到的那些重子暗物質，非人生物也觀測不到。重子暗物質會隨著被人類觀測到而被重新定義為常規物質。

當然，只比較裸眼視力的話，人在夜空中看不到的許多恒星可以被鯨等動物看到。在人拿起天文望遠鏡之後，情況就顛倒過來了。

和這個類似，「七種顏色的彩虹」只是相對人肉眼的辨色能力和你熟悉的 有這七種顏色分類的語言 來說的。人的儀器可以檢測到更寬的光譜並輸出更多的顏色，可以輕易超越地球上任何非人生物的視覺能力。人類的許多文化的語言缺少你熟悉的七種顏色中的幾個單詞 ^[3] 。

非重子暗物質 是不參與電磁相互作用的東西，也就是狹義的暗物質，可根據運動速度分為熱暗物質、溫暗物質、冷暗物質。

熱暗物質體子的運動速度接近真空光速，例如 微中子 ，人類已經知道微中子不參與電磁相互作用而參與弱相互作用。微中子可以被專門設計的大科學裝置觀測，例如日本的超級神岡探測器。

1998年，超級神岡探測器首次發現了微中子震蕩的強烈證據，其觀測到了緲子微中子轉變為τ子微中子的現象，顯示微中子具有質素。梶田隆章在該年的「微中子物理學·宇宙物理學國際會議」上發表該結果，以此研究獲得2015年諾貝爾物理學獎。

溫暗物質體子的運動速度足以產生相對論效應，但距離真空光速尚遠，例如惰性微中子 ^[4] ，在標準模型裏它只參與重力相互作用；

冷暗物質體子的運動速度遠低於真空光速，目前認為可能由大質素弱相互作用粒子（例如最輕的超中性子 ^[5] ）組成，也有軸子等假說（一些學者對軸子的存在很沒有信心）。

當然， 足夠多的重子暗物質可以直接覆蓋冷暗物質的功能 。也有一些學者希望用大量的原初黑洞來解釋暗物質。在某些模型裏，人類只要靠得夠近、打上強光，就可以裸眼看到原本認為是冷暗物質的所有東西。

引入暗物質的概念是為了解釋星系自轉問題等表現出異常重力的觀測事實，不同星系自轉的情況有差異，有些需要的暗物質含量幾乎為零，有些則異常多。暗物質也在大尺度結構形成過程的模擬中 成功解釋了星系團動力學 ，並 正確地預測了重力透鏡觀測的結果 。

在歷史上，最早提出暗物質相關證據的是揚·亨戴歷·奧爾特，在1932年他根據銀河系恒星的運動提出銀河系應該有更多的質素。

1933年，弗裏茨·茲威基在研究後發座星系團時，使用維裏定理推斷其內部有看不見的質素。

1959年，Louise Volders指出螺旋星系M33的轉動不遵循開普勒定律 ^[6] 。

到了1970年代，這情況擴充套件至許多其他的螺旋星系。

本來，人們覺得在螺旋星系盤面上的物質（例如恒星和氣體）環繞星系中心核球旋轉的軌域應該與太陽系的行星一樣遵循牛頓力學，在足夠遠的距離上，天體的平均軌域速度應該依照質素分布遞減，與軌域距離的平方根成反比。而觀測事實是，中心核球外的軌域速度相對於距離幾乎是個常數。

薇拉·魯賓推測在遠離星系中心的地方有不發光的龐大質素拉住星系外側的物質，在1980年將結果發表為一篇有影響力的論文 ^[7] ：

2006年，美國天文學家利用錢德拉X射線望遠鏡對星系團1E 0657-558進行觀測，無意間發現這個星系團是兩個大星系團碰撞形成的，此撞擊使暗物質與正常物質分開，成為 暗物質存在的直接證據 ^[8] ：

Credit: X-ray: NASA/CXC/CfA/M.Markevitch et al.; Optical: NASA/STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.; Lensing Map: NASA/STScI; ESO WFI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.

錢德拉望遠鏡利用X射線探測到的灼熱氣體在這張照片中顯示為兩個粉紅色團塊，包含了這兩個星系團中大部份常規物質。藍色則是其大部份質素所在的地方，這是由重力透鏡效應顯示的：來自遙遠物體的光被質素引起的空間彎曲所扭曲，扭曲程度大大超過熱氣體造成的影響。而這部份質素並不發出可見光。

在碰撞過程中，熱氣體會發生相互作用而受到阻力，而不參與電磁相互作用的暗物質不會因撞擊而減慢，造成暗物質與常規物質分離。

科學家們發現螺旋星系NGC 4736的旋轉能完全依靠可見物質的重力來解釋，也就是說這個星系幾乎沒有暗物質。

由R. Jay GaBany, Spitzer Legacy Program, GALEX Nearby Galaxy Survey - http://www.cosmotography.com/images/small_new_m94_announcement.html

與此同時，蜻蜓44等星系的暗物質含量達到了物質的300倍左右 ^[9] 。

在當前的宇宙學標準模型中，根據不同的觀測手段給出的實測值，暗能量擁有宇宙中68.3%~74%的質能。2020年，美國加州大學河濱分校的研究團隊得出的最新測量結果 ^[10] 是，物質和暗物質合計占宇宙總質能的31.5±1.3% ^[11] ，其余是暗能量。

在上述約31%的物質之中，暗物質占了約80%。

參考

^http://pdg.lbl.gov/2010/reviews/rpp2010-rev-dark-matter.pdf
^ 要知道，以我們現在貧弱的觀測能力，100光年內可能還有尚未發現的若幹顆紅矮星及圍繞它們運轉的大量行星。
^ 通常，在一門人類語言的發展過程中，對於表示顏色的詞的先後出現順序，有這樣的規律：先出現黑色和白色，然後是紅色，然後是綠色和黃色，接下來是藍色，最後出現棕色、紫色、橙色、灰色。該規律在研究過的數百種語言中對約六分之五的語言適用。
^https://science.sciencemag.org/content/317/5844/1527.abstract
^ 超對稱假設的一種馬約拉納費米子 https://arxiv.org/abs/hep-ph/9709356v5
^http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-iarticle_query?bibcode=1959BAN
^https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1980ApJ...238..471R
^https://chandra.harvard.edu/photo/2006/1e0657/
^ 2016年的觀測數據認為有一萬倍，2020年的最新數據是300倍左右 http://dx.doi.org/10.1093/mnras/staa3016
^ 方法是首先開發利用星系的軌域來測量星團質素的工具，借此分析史隆數碼化巡天提供的觀測數據，建立公開的星團目錄GalWCat19，將該目錄中的星團數量與模擬結果進行比較，確定出宇宙中物質的總量
^ 物質和暗物質中的約20%是重子物質（恒星、星系、原子、生命等）。