暗物质是谁:星系为什么需要看不见的物质

暗物质占宇宙物质的八成多,却没人知道它是什么。这一页讲结局「暗物质是谁」背后的真实研究。

暗物质约占宇宙物质的八成多,星系确实是在暗物质晕里形成的;它只通过引力被探测到,是什么至今未知。游戏里的结局「暗物质是谁」给出了一个虚构的答案:暗物质是上一个宇宙的文明。这个答案是编的,而问题本身,是现实里最大的未解之谜之一。

这一页先说怎么解锁这个结局,再沿着时间顺序讲暗物质的发现史:从 1933 年的第一次提出,到 1970 年的星系自转,再到 2006 年的子弹星系团,最后是 2025 年一项没有发现信号的大型实验。

怎么解锁

  • 提示:暗物质不发光,也不说话。也许它只是在等一个会听的人。
  • 条件:收齐七张暗物质研究卡,点亮暗物质晕、矮星系、星系团、引力透镜,再点亮“与暗物质对话”并见证宇宙终局。
  • 奖励:“时代传承”从此叫做“先辈之手”,传承指数永久 +0.1。

这个结局属于“物理”类,需要的七张研究卡,就是下面列出的暗物质发现史里的论文。“与暗物质对话”这个节点的任务,是把所有关于暗物质的证据放在一起,去听那串低能事件。

暗物质是怎么被发现的

暗物质的故事,由下面几步串成。

  • 第一次提出(1933):兹威基发现后发星系团的星系运动过快,提出存在“暗物质”。这个想法被冷落了几十年(Zwicky,《Helvetica Physica Acta》1933)。
  • 星系自转(1970):仙女座星系外围转得太快了,必须有大量看不见的物质提供引力,暗物质从此不再是猜想(Rubin 与 Ford,《The Astrophysical Journal》1970)。
  • “冷”暗物质(1984):如果暗物质是“冷”的、运动缓慢的,星系就会自下而上逐步聚集,这与观测吻合(Blumenthal、Faber、Primack 与 Rees,《Nature》1984)。
  • 晕的形状(1996):计算机模拟显示,从矮星系到星系团,冷暗物质晕都遵循同一条密度曲线,这条曲线后来以三位作者的姓氏命名(Navarro、Frenk 与 White,《The Astrophysical Journal》1996)。
  • 子弹星系团(2006):两个星系团相撞后,气体留在中间,而引力的中心却跑到了两侧,暗物质被“甩”了出来,论文题目称之为暗物质存在的直接经验证明(Clowe 等,《The Astrophysical Journal Letters》2006)。

它到底占多少

普朗克卫星测量了宇宙微波背景的细微起伏:普通物质约占宇宙总能量的 5%,暗物质约 27%,其余是暗能量。同一团队也给出了迄今最精确的宇宙参数:年龄约 138 亿年,普通物质只占约 5%(Planck Collaboration,《Astronomy & Astrophysics》2020)。

它是什么?没人知道

在地下约 1.5 千米处用 7 吨液氙等待暗物质粒子,没有发现信号,给出了迄今最严格的限制。暗物质是什么,仍然没人知道(LZ Collaboration,《Physical Review Letters》2025)。这就是现实和游戏的分界线:游戏里给了一个“答案”,现实里还没有。

游戏设定,不是真的

“暗物质是上一个宇宙的文明”是虚构的。游戏借这个想法,在一个熟悉的科学问题上做了一个大胆的设想。

相关的真实研究

上面的暗物质发现史,每一项都是相关的真实研究,它们是理解这个结局所涉及科学的基础,而不是“暗物质是文明”的证据。其中最后一项最值得记住:七吨液氙没有发现信号,说明现实对暗物质的探测还远没有结束。

想读原文,可以搜这些题目

  • Zwicky(1933):《Die Rotverschiebung von extragalaktischen Nebeln》,大意是“河外星云的红移”
  • Rubin 与 Ford(1970):《Rotation of the Andromeda Nebula from a spectroscopic survey of emission regions》,大意是“根据发射区光谱巡天得到的仙女座星云自转”
  • Blumenthal 等(1984):《Formation of galaxies and large-scale structure with cold dark matter》,大意是“冷暗物质下的星系与大尺度结构形成”
  • Navarro 等(1996):《The structure of cold dark matter halos》,大意是“冷暗物质晕的结构”
  • Clowe 等(2006):《A direct empirical proof of the existence of dark matter》,大意是“暗物质存在的直接经验证明”
  • Planck Collaboration(2020):《Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters》,大意是“普朗克 2018 年结果之六:宇宙学参数”
  • LZ Collaboration(2025):《Dark matter search results from 4.2 tonne-years of exposure of the LUX-ZEPLIN (LZ) experiment》,大意是“LUX-ZEPLIN(LZ)实验 4.2 吨年曝光的暗物质搜寻结果”

真实依据

  • 暗物质约占宇宙物质的八成多,星系确实是在暗物质晕里形成的;它只通过引力被探测到,是什么至今未知。

  • 与暗物质对话:把所有关于暗物质的证据放在一起,去听那串低能事件。

相关研究

这些研究和本页主题相关,但不是本页内容的直接证明。

  • 宇宙的配方:普朗克卫星给出迄今最精确的宇宙参数:年龄约 138 亿年,普通物质只占约 5%。

    出处:Planck Collaboration, Astronomy & Astrophysics 2020, "Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters"

  • 看不见的质量:仙女座星系外围转得太快了,必须有大量看不见的物质提供引力。暗物质从此不再是猜想。

    出处:Rubin & Ford, The Astrophysical Journal 1970, "Rotation of the Andromeda Nebula from a spectroscopic survey of emission regions"

  • 暗物质的首次提出:兹威基发现后发星系团的星系运动过快,提出存在“暗物质”。这个想法被冷落了几十年。

    出处:Zwicky, Helvetica Physica Acta 1933, "Die Rotverschiebung von extragalaktischen Nebeln"

  • 子弹星系团:两个星系团相撞后,气体留在中间,而引力的中心却跑到了两侧,暗物质被“甩”了出来。

    出处:Clowe et al., The Astrophysical Journal Letters 2006, "A direct empirical proof of the existence of dark matter"

  • 冷暗物质:如果暗物质是“冷”的、运动缓慢的,星系就会自下而上逐步聚集,这与观测吻合。

    出处:Blumenthal, Faber, Primack & Rees, Nature 1984, "Formation of galaxies and large-scale structure with cold dark matter"

  • 暗物质晕的形状:计算机模拟显示,从矮星系到星系团,冷暗物质晕都遵循同一条密度曲线。这条曲线后来以三位作者的姓氏命名。

    出处:Navarro, Frenk & White, The Astrophysical Journal 1996, "The structure of cold dark matter halos"

  • 宇宙的配方:普朗克卫星测量了宇宙微波背景的细微起伏:普通物质约占宇宙总能量的 5%,暗物质约 27%,其余是暗能量。

    出处:Planck Collaboration, Astronomy & Astrophysics 2020, "Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters"

  • 七吨液氙:在地下约 1.5 千米处用 7 吨液氙等待暗物质粒子,没有发现信号,给出了迄今最严格的限制。暗物质是什么,仍然没人知道。

    出处:LZ Collaboration, Physical Review Letters 2025, "Dark matter search results from 4.2 tonne-years of exposure of the LUX-ZEPLIN (LZ) experiment"

游戏设定(虚构)

  • 暗物质是上一个宇宙的文明,是虚构。
  • 节点「与暗物质对话」:收齐七张关于暗物质的研究卡,并点亮宇宙之树里暗物质的那几支(暗物质晕、矮星系、星系团、引力透镜)。