引言：在如今的物理學和天文學里，依然有幾片漂浮的烏云令人困惑不已。暗物質便是其中之一?？茖W家又憑什么認定，這個看不見也摸不著的幽靈的存在千真萬確呢？
知識點I：暗物質概念的提出
早在1884年，英國著名物理學家開爾文勛爵通過觀測銀河系恒星繞銀心旋轉的速度分布來估算銀河系的總質量，他發(fā)現銀河系總質量遠大于我們能看見的恒星質量，他在一次演講中提出：在銀河系許許多多恒星中，恐怕大多數都是“黑暗天體”（dark bodies）。1906年，數學大師和物理學家龐加萊在《銀河系與氣體的原理》一文中首次將開爾文提到的黑暗物體稱為“暗物質”（法語matière obscure）。1932年荷蘭文學家奧爾特根據實測，同樣提出銀河系盤中的質量要遠大于我們所觀測到的恒星質量，大約還有一半是看不見的。
知識點II：暗物質的證據
1933年，瑞士天文學家弗里茨·茲威基研究了后發(fā)座星系團外圍成員星系的運動狀態(tài)，再結合星系團的亮度、成員星系的數量，發(fā)現可見星系能提供的引力不足以支撐它們極高的運動速度，由此估算出后發(fā)星系團的總質量要比可見的成員星系總總質量大得多。
1939年，美國天文學家巴布科克報告了他測得的仙女座星系的自轉速率曲線，遠離星系核的恒星旋轉速度并沒有減小，而是與靠近核心的恒星維持著差不多的速率。這種情況在NGC4984、NGC7217、NGC1620等類型各異的星系中都有發(fā)現。
通過對銀河系質光比（質量與光度之比）的測定，發(fā)現銀河系有90%的質量應當位于銀暈中。
2006年，錢德拉X射線望遠鏡觀察到“子彈星系團”（事實上是的兩個星系團正在發(fā)生一場大規(guī)模碰撞）中炙熱的氣體（物質）分布與通過引力透鏡效應重構質量分布并不重合，說明在電磁波無法成像的位置上有大量的“暗物質”存在，而且暗物質相互對撞卻能穿越而過而未遇任何障礙。
至少目前大多數人認為，從理論上和實測上都比較支持暗物質理論，我們可以這樣認為，雖然并不完全確定，但所謂暗物質極有可能是真的存在的。
錢德拉X射線望遠鏡觀察到的“子彈星系團”
知識點III：暗物質的作用
暗物質提供了強大的引力，起到了黏合劑的作用。如果沒有暗物質，我們的銀河系會散架，很多恒星會被甩出去，星系的形成和演化都會遇到問題，銀河系與仙女座星系對撞后也不會再聚攏到一起。如果它們果真在宇宙中擁有那么高的質量占比，那么這一定是宇宙演化歷史中不可忽視的部分。
知識點IV：暗物質理論的缺陷
1）目前主要通過引力探知物質質量分布，但這是基于廣義相對論是正確的，假如廣義相對論引力的形式需要進行修正，或者干脆改變引力所在的時空性質，那么可能存在完全不需要引入暗物質就能完美符合上述觀測結果的情況。
2）星系和星系團里的暗物質，是基于流體靜力平衡的假設而得出的，然而發(fā)現暗物質的系統(tǒng)都是星系、星系團、超星系團等大質量天體系統(tǒng)，它們在宇宙年齡之內可能都無法達到所謂相對穩(wěn)定的狀態(tài)。
3）暗物質從未在星團和矮星系們里發(fā)現，因而有人認為星系中丟失的許多質量是因為沒有精確估算星系中所含恒星級以及中等質量黑洞的數量。
4）即便暗物質會產生明顯的引力作用，但是當天體穿越暗物質暈時會有明顯引力拖曳作用，然而事實觀測卻沒有發(fā)現。
知識點V：暗物質的特點
暗物質不參與電磁作用，因此暗物質不發(fā)光、不散射光、不反射光，在整個電磁波段都找不到它的存在。暗物質僅有極小極小的概率撞到常規(guī)物質而發(fā)生反應，因此我們感受不到它們的存在。暗物質也是一種物質，有質量的，會產生引力。整個宇宙中暗物質占所有物質的84.5%。
知識點VI：暗物質的類別
目前根據暗物質粒子在早期宇宙中隨機運動的速度分為熱暗物質、冷暗物質和溫暗物質。熱暗物質的運動速度接近光速，目前最理想的候選體是中微子，但這個假設要求中微子具有質量。冷暗物質的速度遠小于光速，溫暗物質則介于兩者之間。天文學家認為組成宇宙中暗物質的主要成分應該為冷暗物質。
冷暗物質有兩大候選對象，一個是大質量致密暈天體（MACHO Objects），另一類是一種仍未知的大質量弱相互作用粒子（WIMP，Weakly Interacting Massive Particles），量比質子和中子大，其特點是雖然沒有電磁相互作用和強相互作用，但是參與弱相互作用。基于冷暗物質的宇宙學模型與觀測符合得比較好，在粒子物理理論中比較容易構造出符合WIMP特點的粒子。目前大部分暗物質探測實驗都是針對WIMP設計的。
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