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瑞士天文學(xué)家佛里茨·茨威基教授通過“質(zhì)光比”（即質(zhì)量比上光度），發(fā)現(xiàn)了宇宙之中一定還有我們看不見的質(zhì)量。因此，茨威基教授最早給這樣看不見的物質(zhì)起名為“Dark matter”（暗物質(zhì)），這就是暗物質(zhì)之名的由來(lái)。
目前，科學(xué)家觀測(cè)到的星系，其質(zhì)光比幾乎全都大于太陽(yáng)的質(zhì)光比。而且，通過測(cè)量星系的旋轉(zhuǎn)曲線，大多都與銀河系差不多，全是在后半段距離中心越遠(yuǎn)的位置，它的速度不是降下來(lái)，而是趨于穩(wěn)定。這說明，如果牛頓理論沒問題的話，那么暗物質(zhì)就是普遍存在的，我們的銀河系并不是個(gè)例。現(xiàn)在越來(lái)越多的觀測(cè)現(xiàn)象表明，牛頓理論沒有問題。
例如，2018年，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了DF2星系，通過測(cè)量這個(gè)星系的旋轉(zhuǎn)曲線，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這和牛頓理論預(yù)言的那樣，即先是上升，后半段降下來(lái)，說明這個(gè)星系可能不存在（或最多存在少量）暗物質(zhì)；2019年4月，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了DF4星系，好像也不存在暗物質(zhì)，表明了牛頓理論確實(shí)沒錯(cuò)，至少能合理地解釋一些星系的行為。
不過，也正因如此，暗物質(zhì)越來(lái)越被科學(xué)家重視了。
那么，如果暗物質(zhì)真實(shí)存在的話，它具有什么特質(zhì)呢？
能提供引力，因?yàn)橐氚滴镔|(zhì)就是為了解決引力丟失的問題（這點(diǎn)和暗能量恰好相反），也就是說暗物質(zhì)必須要參與引力作用；
看不見，要是能看見就不是“暗”物質(zhì)了。那為什么看不見呢？科學(xué)家猜測(cè)那是因?yàn)榘滴镔|(zhì)不參與電磁相互作用，即它本身既不能發(fā)光，也不能反光，更不能吸收光，猶如透明一般。
既然暗物質(zhì)看不見摸不著，科學(xué)家有沒有辦法將它們測(cè)試出來(lái)呢？
下面就來(lái)介紹一下引力透鏡效應(yīng)（Gravitational Lensing）。
根據(jù)廣義相對(duì)論，當(dāng)背景光源發(fā)出的光在引力場(chǎng)（比如星系、星系團(tuán)及黑洞）附近經(jīng)過時(shí)，光線會(huì)像通過透鏡一樣發(fā)生彎曲。光線彎曲的程度主要取決于引力場(chǎng)的強(qiáng)弱。分析背景光源的扭曲，可以幫助研究中間作為“透鏡”的引力場(chǎng)的性質(zhì)。根據(jù)尺度與效果的不同，引力透鏡效應(yīng)可以分為強(qiáng)引力透鏡效應(yīng)和弱引力透鏡效應(yīng)。
從數(shù)學(xué)角度來(lái)分析，面質(zhì)量密度（k）大于1，被定義為強(qiáng)引力透鏡區(qū)域，小于1為弱引力透鏡區(qū)域。在強(qiáng)透鏡區(qū)域一般可以形成多個(gè)背景源的像，甚至圓?。ㄓ址Q“愛因斯坦環(huán)”）。而弱透鏡區(qū)域則產(chǎn)生比較小的扭曲。強(qiáng)透鏡方法通過對(duì)愛因斯坦環(huán)的曲率和多個(gè)像的位置的分析，可以估計(jì)測(cè)量透鏡天體質(zhì)量；而弱透鏡方法通過對(duì)大量背景源像的統(tǒng)計(jì)分析，可以估算大尺度范圍天體質(zhì)量分布，并被認(rèn)為是現(xiàn)在宇宙學(xué)中最好的測(cè)量暗物質(zhì)的方法。
上述這段話可能比較難以理解，讓我們來(lái)打個(gè)比方。
假如我的手是一個(gè)大質(zhì)量天體，當(dāng)光線在經(jīng)過這個(gè)大質(zhì)量天體的時(shí)候，就會(huì)走一個(gè)弧線。前面提到了，根據(jù)廣義相對(duì)論的預(yù)言，大質(zhì)量天體會(huì)使得時(shí)空產(chǎn)生彎曲，而光行走的又是測(cè)地線。所以，看起來(lái)就會(huì)使光線發(fā)生偏折，像一個(gè)透鏡一樣。如果我的這只手在正中間，你們看到的我可能就是一個(gè)環(huán)——“愛因斯坦環(huán)”；也可能出現(xiàn)四個(gè)像——“愛因斯坦十字”、也可能出現(xiàn)“愛因斯坦弧”等等。
但問題是，有時(shí)我們能夠看到遠(yuǎn)方天體的像，出現(xiàn)一個(gè)環(huán)，或者出現(xiàn)十字，我們通過計(jì)算就會(huì)發(fā)現(xiàn)，中間用來(lái)成像的這個(gè)大質(zhì)量天體或者星系，往往質(zhì)量嚴(yán)重不足。如果只有我們看到的這點(diǎn)質(zhì)量，是不足以造成如此強(qiáng)烈的引力透鏡現(xiàn)象的。
因此，有了引力透鏡之后，科學(xué)家就可以說，我們找到了證明暗物質(zhì)存在的直接證據(jù)，以及如何測(cè)量的方法了。
我們?cè)賮?lái)猜測(cè)一下暗物質(zhì)粒子是什么：會(huì)不會(huì)是小黑洞，既看不見，質(zhì)量又足夠大？但是，這似乎是不可能的。因?yàn)樾『诙磯勖鼧O短，還會(huì)爆炸；那么會(huì)是相對(duì)來(lái)說穩(wěn)定不發(fā)光的、密度還極大的天體嗎？比如中子星、白矮星？然而，經(jīng)過科學(xué)家的研究之后發(fā)現(xiàn)，它們不足以彌補(bǔ)丟失的全部質(zhì)量，只能彌補(bǔ)極小部分。所以，它們也不能被劃分為暗物質(zhì)。
科學(xué)家認(rèn)為，暗物質(zhì)粒子只能是標(biāo)準(zhǔn)粒子模型之外的粒子，并且作了預(yù)言。根據(jù)粒子的運(yùn)動(dòng)速度（也就是溫度），暗物質(zhì)分為熱暗物質(zhì)、溫暗物質(zhì)、冷暗物質(zhì)這三種模型。后來(lái)，針對(duì)宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的研究，傾向于宇宙中主要是冷暗物質(zhì)的解釋。
暗物質(zhì)是當(dāng)代科學(xué)的前沿，還有其他理論的另類解釋。如有些弦理論物理學(xué)家認(rèn)為，暗物質(zhì)可能是弦的高頻振動(dòng)：我們身體的每個(gè)原子，都代表了我們?nèi)砻恳粋€(gè)振動(dòng)的“皮筋”帶來(lái)的最低的八度音階。而這些“皮筋”也可以有更高的音階，這些更高的八度音階，很有可能就是暗物質(zhì)。
那么，在這個(gè)宇宙中，暗物質(zhì)究竟會(huì)是什么呢？目前，就科學(xué)家所知而言，WIMP粒子是暗物質(zhì)粒子的最佳候選。
科普時(shí)報(bào)
