詭異的暗物質真的存在嗎？

暗物質既不發出任何波段的光，也不和任何波段的光發生作用，用任何波段的探測器或望遠鏡都無法觀察到，人們怎麼知道它的存在呢？

我們知道，地球圍繞太陽旋轉，為什麼地球既不被太陽吸引過去也不會遠離太陽飛走呢？太陽對地球有引力，而地球圍繞太陽旋轉有一定的速度而有離心力，當太陽的引力正好等於地球的離心力時，地球就被束縛在一定的軌道上。按照牛頓定律，引力的大小與太陽和地球的質量有關，質量越大，引力就越大。如果地球的速度太大，或者太陽的質量太小，離心力大於太陽的引力時，地球就遠離太陽而去。可見，宇宙中星球、星系的穩定運動狀態都是它們的運動速度和一定質量之間平衡的結果。太大的質量太低的速度，或者太小的質量太高的速度，都不會穩定，也不可行。

八十多年前（1933年），費里茨•茲威基驚奇地發現了一個奇特的現象：大尺度的星系團中眾多星系的相對運動速度非常高，可它們又被約束（或被限制）在星系團中不能遠離。但根據我們所觀測到的星系團質量估算出的引力卻遠小於由星系速度估算出的離心力，即質量產生的引力無法將這些星系束縛在星系團中。如果假設星系團中還有我們「看不見」但具有引力的物質，且質量足夠大時，就有可能確保星系團中眾多星系雖然速度很高也不會散開。人們把這種「看不見」但具有引力作用的物質稱為「暗物質」。可以說這是第一個暗物質存在的證據。暗物質有引力，有質量，但不發光也看不見。

應該說，費里茨•茲威基是提出「暗物質」概念的第一人。茲威基對事物觀察十分敏銳，是聞名遐邇的才子。可惜的是，他被當時的同行認為是一個怪人，人際關係也比較差，沒人認真考慮他的觀點。他的觀察和他對「暗物質」的設想在很長的一段時間內無人問津。1970年，美同女天文學家維拉•魯賓發現了「暗物質」存在的又一個證據——不管恆星距離星系中心有多遠，它們圍繞星系中心公轉的速度都是一樣的！至此，「暗物質」的概念才逐漸進入人們的眼帘。此後，天文學家們依據球狀星系旋轉速度的測量、引力透鏡的觀測、大尺度宇宙結構形狀，以及微波背景輻射等研究中的「異常」等現象，大膽地推測或猜想宇宙中很可能存在大量「看不見」卻又能通過引力作用而被感知的暗物質。儘管我們對暗物質的性質仍然了解甚微，但到了今天，占宇宙能量密度很大部分的暗物質的概念已被廣為接受了。

內容來源：文章選自：《尋找缺失的宇宙——暗物質》

作者：李金, 著

出版：清華大學出版社