當(dāng)暗物質(zhì)第一次被認(rèn)為是宇宙中可能存在的一部分時(shí)，他的提出被認(rèn)為是一件非常奇怪的事情。它影響了星系的運(yùn)動(dòng)，但卻無(wú)法被探測(cè)到？這是怎么一回事呢？
尋找暗物質(zhì)的證據(jù)
在20世紀(jì)早期，物理學(xué)家們很難解釋其他星系的自轉(zhuǎn)曲線。旋轉(zhuǎn)曲線基本上是一個(gè)星系中可見(jiàn)恒星和氣體的軌道速度，以及它們與星系核心的距離。
這些曲線是由觀測(cè)數(shù)據(jù)組成的，當(dāng)天文學(xué)家測(cè)量恒星和氣體云和圓形軌道上環(huán)繞星系中心運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度時(shí)，并測(cè)量恒星圍繞星系核心移動(dòng)的速度。發(fā)現(xiàn)越靠近銀河的中心，它移動(dòng)的越快；距離越遠(yuǎn)，移動(dòng)的越慢。
天文學(xué)家還注意到，在他們觀測(cè)的星系中，一些星系的暗物質(zhì)與他們實(shí)際看到的恒星和氣體云的質(zhì)量并不匹配。換句話說(shuō)，星系中的“暗物質(zhì)”比觀測(cè)到的要多。另一種思考問(wèn)題的方式是，星系沒(méi)有足夠的暗質(zhì)量來(lái)解釋它的自轉(zhuǎn)速率。
尋找暗物質(zhì)？
1933年，物理學(xué)家弗里茨茲威基提出，恒星暗物質(zhì)存在，但沒(méi)有發(fā)出任何輻射，是肉眼看不到的。因此，天文學(xué)家們，在接下來(lái)的幾十年里進(jìn)行了從星系自轉(zhuǎn)速率到引力透鏡、星團(tuán)運(yùn)動(dòng)和宇宙微波背景測(cè)量的各種研究。他們發(fā)現(xiàn)了一些還無(wú)法進(jìn)行解釋的暗物質(zhì)。
一些巨大的東西影響了星系的運(yùn)動(dòng)。
起初，一些發(fā)現(xiàn)在天文學(xué)界受到了大量的質(zhì)疑。天文學(xué)家繼續(xù)觀察，觀測(cè)到了的暗物質(zhì)和星系運(yùn)動(dòng)之間的“脫節(jié)”。這些額外的觀測(cè)證實(shí)了星系運(yùn)動(dòng)的差異，并證明了存在著某些東西。只是看不見(jiàn)而已。
所謂的銀河自轉(zhuǎn)問(wèn)題最終被稱(chēng)為“暗物質(zhì)”的東西“解決”了。天文學(xué)家在觀察和確認(rèn)暗物質(zhì)方面的工作被認(rèn)為是開(kāi)創(chuàng)性的科學(xué)。然而，一個(gè)挑戰(zhàn)依然存在，如何確定暗物質(zhì)的實(shí)際構(gòu)成及其在宇宙中的分布范圍。
黑色'正常'物質(zhì)
普通的發(fā)光暗物質(zhì)是由重子組成的質(zhì)子和中子等粒子，它們組成恒星、行星和生命。起初，人們認(rèn)為暗物質(zhì)也是由這些物質(zhì)組成的，但只是簡(jiǎn)單的發(fā)射沒(méi)有電磁輻射。有些暗物質(zhì)可能是由重子暗物質(zhì)組成的，也可能只是所有暗物質(zhì)中的一小部分。對(duì)宇宙微波背景的觀測(cè)，再加上我們對(duì)大爆炸理論的理解，導(dǎo)致物理學(xué)家相信，只有少量重子物質(zhì)能夠在今天繼續(xù)存活，而這些物質(zhì)并沒(méi)有被納入太陽(yáng)系或恒星殘骸中。
非重子暗物質(zhì)
宇宙中缺失的暗物質(zhì)不太可能以正常的重子物質(zhì)形式出現(xiàn)。因此，研究人員認(rèn)為，一個(gè)更奇異的粒子提供缺失的暗物質(zhì)。這件事究竟是什么，它是如何發(fā)生的，至今仍然是一個(gè)謎。然而，物理學(xué)家已經(jīng)確定了三種最可能的暗物質(zhì)類(lèi)型和每種類(lèi)型的候選粒子。
冷暗物質(zhì)：暗物質(zhì)最有可能的候選物質(zhì)是冷暗物質(zhì)。然而，沒(méi)有一個(gè)強(qiáng)大的粒子已知存在，主要是一種相互作用的大質(zhì)量粒子。這種粒子的存在普遍缺乏正當(dāng)性，也就是說(shuō)，我們不能確定它們?cè)谧匀粭l件下是如何產(chǎn)生的。為了進(jìn)行研究，研究人員正在進(jìn)行粒子物理學(xué)實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)表明碰撞會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新粒子。其他可能性也包括軸離子，解釋量子色動(dòng)力學(xué)中某些現(xiàn)象所需的理論粒子。盡管這些粒子也從未被探測(cè)到。最后（大體積的緊致暈天體）可以解釋暗物質(zhì) ，具體的動(dòng)力學(xué)仍然是可以達(dá)到的。這些天體將包括黑洞、古代中子星和行星天體，它們都是非發(fā)光的（或接近發(fā)光的），并且含有大量的暗物質(zhì)。遇到的的問(wèn)題是，它們的數(shù)量多（比某些星系的年齡預(yù)期的要多），而且它們的分布是驚人的。
溫暖的暗物質(zhì)：這種暗暗物質(zhì)被認(rèn)為是由無(wú)菌的中微子組成。這些粒子與普通的中微子相似，因?yàn)樗鼈兊陌滴镔|(zhì)要大得多，而且不與弱力相互作用。被發(fā)現(xiàn)的另一給暗物質(zhì)是格雷西諾。這是一個(gè)理論粒子，超重力和超對(duì)稱(chēng)物質(zhì)的到混合得到牽引，這個(gè)粒子就會(huì)存在。對(duì)于物理學(xué)的兩個(gè)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，存在引力場(chǎng)的證據(jù)是很重要的。
熱暗物質(zhì)：被認(rèn)為是熱暗物質(zhì)的粒子的子集，是唯一真正已知存在的：中微子。需要解釋的問(wèn)題是，中微子以接近光速的速度運(yùn)動(dòng)，因此不會(huì)以投射暗物質(zhì)的方式“聚集”在一起。此外，考慮到中微子幾乎沒(méi)有重量，它們的數(shù)量將會(huì)滿足需要的赤字。另一種解釋是，存在一種尚未探測(cè)到的中微子類(lèi)型，這種類(lèi)型已知存在的中微子相似，但質(zhì)量要大得多（因此速度可能較慢）?？傊滴镔|(zhì)的最佳候選物質(zhì)是冷暗物質(zhì)，特別是弱暗物質(zhì)。這種粒子卻沒(méi)有什么理由和證據(jù)（除了我們可以推斷某種暗物質(zhì)的存在這一事實(shí)）。因此，我們距離在這方面得到答案還有很長(zhǎng)的路要走。
暗物質(zhì)的替代理論
有些人提出，暗物質(zhì)實(shí)際上只是普通物質(zhì)，存在于超大質(zhì)量黑洞中，其質(zhì)量比活躍星系的中心要大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。盡管有些人也認(rèn)為這些物體是冷暗物質(zhì)，雖然這將有助于解釋在星系和星系團(tuán)中觀測(cè)到的一些引力攝動(dòng)，但它們并不能解決大部分的星系自轉(zhuǎn)曲線。
另一個(gè)很難被接受的理論是，也許我們對(duì)引力相互作用的理解是錯(cuò)誤的。我們把我們的推論建立在廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)上，但這個(gè)方法時(shí)一個(gè)根本缺陷，也許時(shí)另一個(gè)不同的基本理論描述了大規(guī)模的銀河系自轉(zhuǎn)。這似乎不太可能，因?yàn)閺V義相對(duì)論的測(cè)試與預(yù)測(cè)值一致。不管暗物質(zhì)是什么，弄清楚它的性質(zhì)將是天文學(xué)的主要成就之一。
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