今天，暗物質(zhì)的存在已經(jīng)成為科學(xué)界的共識(shí)，許多科學(xué)家致力于暗物質(zhì)的觀測和研究。我國也發(fā)射了專門的暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星——悟空。那么，暗物質(zhì)是如何被發(fā)現(xiàn)和命名的呢？這要從天文學(xué)家茨威基極其認(rèn)真的大量觀測與極富想象力的大膽推測說起。
茨威基的觀測與推測
　　二十世紀(jì)30年代早期，供職于加州理工大學(xué)的瑞士天文學(xué)家茨威基（Fritz Zwicky）研究后發(fā)座星系團(tuán)（Coma Cluster）的星系運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)的引力效應(yīng)。后發(fā)座星系團(tuán)由約1000個(gè)星系組成。引力將不同的星系“約束”成團(tuán)，也就是星系團(tuán)。與太陽系不同，這些星系不圍繞類似于太陽的大質(zhì)量中心物體轉(zhuǎn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌道更加復(fù)雜。


茨威基在望遠(yuǎn)鏡前進(jìn)行觀測

　　茨威基說服加州理工大學(xué)建造了一個(gè)18英寸的施密特望遠(yuǎn)鏡，以便用單張廣角照片拍攝到大量星系。茨威基用新設(shè)備對(duì)后發(fā)座星系團(tuán)中的所有星系進(jìn)行觀測，并通過測量這些星系光譜的多普勒頻移計(jì)算出其運(yùn)動(dòng)速度，之后應(yīng)用了維里定理（virial theorem）。維里定理將做軌道運(yùn)動(dòng)的物體的速度與其所受的引力關(guān)聯(lián)起來。牛頓的理論告訴我們，引力和物體質(zhì)量成正比，茨威基依據(jù)他測量的星系速度推算出后發(fā)座星系團(tuán)的質(zhì)量。


為暗物質(zhì)提供最早證據(jù)的后發(fā)座星系團(tuán)

　　茨威基還計(jì)算了后發(fā)座星系團(tuán)中所有星系的光輸出量的總和（包括萬億顆恒星）。他將后發(fā)座星系團(tuán)的質(zhì)光比（光輸出量的總和與總質(zhì)量的比）與附近的卡普坦恒星系（Kapteynstellar system）進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)單顆卡普坦星每個(gè)質(zhì)量單位的光輸出量是后發(fā)座星系團(tuán)的100多倍。茨威基由此推測，后發(fā)座星系團(tuán)中包含大量不發(fā)光的物質(zhì)，他將其稱為“暗物質(zhì)”。
換個(gè)角度來解讀
　　已故的著名天體物理學(xué)家、中科院院士陸埮曾總結(jié)道，有兩種測量宇宙質(zhì)量的方法——力學(xué)方法和光度方法。力學(xué)方法可以測量出物質(zhì)的總質(zhì)量，光度方法可以測量出發(fā)光物質(zhì)的總質(zhì)量。
　　各種測量都表明，力學(xué)方法所測出的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光度方法所測出的質(zhì)量。而且，探測的范圍越大，測量結(jié)果差別越大。
　　如果在被觀測區(qū)域，只存在那些可觀測到的發(fā)光物質(zhì)，是無法解釋這種差別的。于是有人提出了“暗物質(zhì)”這一概念，也就是說，在這些區(qū)域，存在一些有質(zhì)量的物質(zhì)，是不發(fā)光的。一開始，還有持其他意見的學(xué)者認(rèn)為不存在暗物質(zhì)，他們提出，采用修改引力定律的方法，也能夠解釋這兩種測量結(jié)果的差異，但隨著觀測結(jié)果的增多，這種修改變得越來越困難，也更加證明了暗物質(zhì)的存在。
　　我們可以得出結(jié)論：宇宙中存在大量暗物質(zhì)，而且范圍越大，暗物質(zhì)比發(fā)光物質(zhì)多出的量就越多。

看不見的暗物質(zhì)是如何被發(fā)現(xiàn)的？

圖文簡介

今天，暗物質(zhì)的存在已經(jīng)成為科學(xué)界的共識(shí)，許多科學(xué)家致力于暗物質(zhì)的觀測......