浩瀚無垠的宇宙總是能引發(fā)人們無窮的想象力與無盡的靈感，從古至今，人類對宇宙的探索就從未止步過。宇宙是富有詩意和哲理的地方。勞倫斯·M·克勞斯曾說：“你身體里的每一個原子都來自一顆爆炸了的恒星，形成你左手的原子，可能與右手的來自不同的恒星；你的一切都是星辰”。當我們抬頭仰望夜空時，可以很清晰地看到繁星點點的銀河，但在我們肉眼無法辨認的未知黑暗中，是否會存在我們不曾知道的事物呢？在我們認知范圍內的物質：質子、原子、恒星、行星、星云、巖石、水、花草、樹木、土地以及我們自己加在一起占整個宇宙不到5%，在剩余的95%中，有一部分就很可能是許多物理學家現(xiàn)在正盡力去尋找的物質——暗物質。

自牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律以來，人們就一直嘗試用引力理論來解釋各種天體運動的規(guī)律，在數(shù)百年的探索過程中，暗物質的概念很早便開始形成雛形了。科學家在研究宇宙學的問題時發(fā)現(xiàn)，如果宇宙中的全部物質都是發(fā)光物質（恒星、星系等）的話，許多現(xiàn)象的理論推測與實際觀測不符合。因此，為了解決這一難題，科學家們便假設宇宙中存在著我們用光學手段探測不到的、但卻可以參與引力作用的未知的物質，且這種物質的質量遠遠多于我們現(xiàn)在觀測到的發(fā)光物質的質量，科學家們把這種物質叫做暗物質。雖然現(xiàn)在科學家們沒有發(fā)現(xiàn)直接的證據證實暗物質的存在，但仍有許多證據來支持這一設想，其中最主要的三個證據如下：

第一個證據和渦旋星系旋轉速度曲線有關。我們知道，星系是在不斷繞著自身旋轉的，而星系的自轉實際上是組成星系的恒星繞著星系中心公轉組成的。恒星距離星系中心的位置不同的話，它的公轉速度也可能不同。恒星的公轉速度可以通過萬有引力理論計算出來。如果星系全部都由發(fā)光的恒星組成的話，那么根據我們觀測到的星系中恒星的分布，可以用萬有引力算出，距離星系中心越遠的恒星，它的公轉速度應該越慢。但在實際的觀測中，物理學家得出的結果卻是，行星距離中心距離越遠時，其旋轉速度并沒有越小，甚至幾乎是恒定的。那么如果我們承認現(xiàn)有的引力理論在星系尺度上也是正確的話，就說明在星系中分布有大量的不發(fā)光物質，而且能夠參與引力作用。這種不發(fā)光的，且能夠參與引力作用的未知物質就被稱作暗物質。

第二個證據與大尺度結構有關。在宇宙空間中，星系的分布的密度并不均勻，其在宇宙中的分布有密有疏，形成了一個“網”狀的結構，這便是大尺度結構。物理學家們對這種網狀結構的具體形狀進行了計算，并且發(fā)現(xiàn)，如果宇宙中的物質全都由我們現(xiàn)在已知的發(fā)光物質組成的話，這種網狀結構形狀的計算結果和實際觀測到的形狀很不一致。但如果我們認為宇宙中還存在著我們用光學手段探測不到的、但能夠參與引力相互作用的暗物質，大尺度結構形狀的計算結果能夠更好地吻合實際觀測的結果。通過對宇宙微波背景輻射的精細觀測，對大尺度結構形成和引力透鏡效應的研究，在標準宇宙學模型下，暗物質大約占了可觀測宇宙能量的23%，而正常的可觀測物質僅僅占約4.6%。

第三個證據和星系、星系團、超團的質光比有關。質光比的含義是天體的質量和它亮度的比值。現(xiàn)今我們能夠觀測到星系、星系團或超團的亮度和質量之間的比值過于低。按照已有的理論來看，假如我們認定星系全部都是由恒星物質組成的話，按照星系的質量，它整體的亮度應該更大才對。但物理學家們觀測到的結果卻并非如此。所以在星系等的內部一定有很大部分的物質是不發(fā)光的，我們就稱其為暗物質。

雖然有如上三個證據強烈預示著暗物質的存在性，但科學家們并沒有方法直接證明暗物質的存在。因此，暗物質是否存在？是宇宙學中的一個重要問題。另一個重要的問題是，如果暗物質真的存在，那它究竟是什么？它到底由什么樣的粒子組成？這也是留給物理學家的一大難題。

美國國家研究委員會2002年在一份由19名權威物理學家和天文學家聯(lián)合執(zhí)筆的報告中列出了新世紀要解答的11個科學問題, 其中“什么是暗物質”列在第一位。1957年諾貝爾獎得主李政道先生認為宇宙99%以上的東西是不為我們所知的。這給我們最大的啟示便是，無論是暗物質，還是暗能量，亦或是其他我們尚未發(fā)現(xiàn)的東西，浩瀚蒼穹總是充滿詩意與美好，它也值得我們永遠尊敬和深思，而人類探索宇宙未知奧秘的腳步，也從未停止。

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宇宙中看不見的主人——暗物質

圖文簡介

如果暗物質真的存在，那它究竟是什么？