每秒有多少暗物質穿過人的身體？

宇宙中儘管有數不清的行星、恆星、氣體、塵埃、星系，以及我們在其中發現的更多物質，但宇宙的構成超乎我們的想象。在最大的宇宙尺度上，我們在所有地方都同樣發現：沒有足夠的物質來解釋我們觀察到的引力效應。物質聚集成一個宇宙網，星系羣伴隨着內部快速移動的星系而變得巨大，單個星系以巨大的速度旋轉，一直到它們的邊緣都保持很大。

如果沒有五倍於重子物質（由質子、中子和電子構成）的其他物質存在，這一切都是不可能的，這種神秘的物質被稱爲暗物質。然而，如果暗物質是真實的，那就意味着我們的銀河系也有暗物質暈，其中一些暗物質經過了太陽系、地球甚至是地球上的每個人。

宇宙年輕時，一切都比現在更熱、更密集、更均勻。在早期，有一些稍微異常密度的地區，那裡的物質含量比平均水平要高。引力優先吸引更多的物質到像這樣的區域，但是輻射會把物質推回去。

如果我們所擁有的只是正常物質和它的組成粒子來伴隨這種輻射，那麼今天存在的星系和星系團將會與我們所觀察到的完全不同。但是如果暗物質與正常物質的比例是5:1，那麼理論上，我們可以複製宇宙結構網來匹配我們的觀測結果。

暗物質存在的一個後果是，它暗示了宇宙中形成的每一個大型結構，比如一個星系，都會有一個巨大的、彌散的暗物質暈圍繞着它。在每個星系的內層，正常（基於原子）物質會聚集在那裡，因爲正常物質會與自身和輻射碰撞及相互作用。但是暗物質僅僅只是穿過了一切：它本身、普通物質、光子等等。

只有在引力相互作用下，暗物質粒子纔沒有辦法失去它們開始時的巨大動量。在宇宙的130多億年的歷史中，每一個暗物質粒子到現在爲止可能只穿過銀河系中心十幾次。

在最大尺度上，暗物質主宰着宇宙。但是我們現在離銀河系中心只有2.6萬光年，正常物質局部比暗物質更豐富。人類的密度與水的密度相當：每立方米1000千克（kg/m^3）。那暗物質的密度呢？

即使是基於我們能編造的最真實的模擬，我們所處地區的暗物質的局部密度要小很多倍：大約10^-21 kg/m^3。如果把地球上所有人類體內的暗物質都加起來，它也不會超過一納克（10億分之一克）。

如果把從太陽到海王星軌道中的所有太陽系暗物質加起來，總計只有大約10^17 kg，是一個略大的小行星的質量。然而，因爲它沒有正常物質所進行的碰撞相互作用，它不會隨太陽系移動。它不會繞太陽轉；不會在銀河系中心隨太陽或其他恆星移動；不會待在一個平面；不會繞銀河系的圓盤旋轉。換句話說，這種物質在引力的影響下，以相對地球非常快的速度移動。

如果想知道在給定的時間內，有多少暗物質穿過人體，只要把四個數字相乘即可，分別是暗物質的密度，暗物質可以擊中的一個人的表面積，暗物質的速度，要了解的時間段。

通常一個人的表面積是1.7平方米。由於暗物質以隨機的角度出現，經過計算估計，暗物質接觸到的大約是0.6平方米

我們的太陽系以200 km/s的速度圍繞着銀河系中心運行，但是加入暗物質後運動速度應該相對較快：接近350 km/s。總之，這意味着暗物質相對於地球上的人類來說，移動速度大約是400 km/s。而且我們可以計算任何想了解的時間段，每一秒，一年，或普通人的一生（100年）。

雖然在任何時刻，人體內只有10^-22kg的暗物質，但更大的數量持續不斷地經過人體。每秒，每個人會經歷2.5 ×10^-16kg的暗物質穿過身體；每年，大約10^-8kg的暗物質穿過人體；在人的一生中，總共有大約1毫克的暗物質穿過身體。

事實上，這些數字不僅讓我們瞭解到一些關於我們身體和身體內的東西，還教會我們如何夢想着尋找暗物質。無論暗物質是由極低質量還是極高質量的粒子組成的，我們都知道暗物質穿過一個人和任何一個給定體積的探測器的質量。如果我們假定知道暗物質的質量，那我們可以計算出穿過任何物體的暗物質粒子數。

幾十年來，物理學家一直在建造更大、更靈敏的暗物質探測器，試圖探測暗物質和正常物質之間可能存在的微小的相互作用。當今最先進的探測器使用的是具有極大質量核子的原子，來尋找反衝或其他相互作用的跡象。到目前爲止，所有的直接檢測技術都毫無成果。

據我們所知，暗物質存在於各個方向上。它可能是我們肉眼看不見的，但我們能感受到它的引力。它穿過了宇宙中所有的物質，包括人類，就像它根本就不存在一樣。它除了影響彎曲時空外，不會產生任何碰撞或相互作用，它不會成堆、聚集或形成像暗原子、暗分子這樣的結構。

然而，如果暗物質哪怕有與正常物質或輻射發生碰撞的最微小跡象，我們就能探測到它。在人的一生中，大約一毫克的暗物質會穿過身體。如果有一個暗物質粒子與人體內一個質子或電子相互作用，我們就有機會探測到它。