既然看不见也摸不着，为什么科学家却相信，宇宙中充斥着暗物质？

奇点天文 dprenvip.com 年轻人的好奇心启蒙网站

科学家告诉我们，宇宙中很可能充斥着一种被称为“暗物质”的神秘物质，以至于在可观测宇宙中，它们的总质量是普通物质（即我们可以直接探测到的物质）的5倍有余，由于这种物质几乎不参与电磁相互作用，所以对于我们来讲，这种物质看不见也摸不着，也正因为如此，它们才被称为暗物质。

那么，既然看不见也摸不着，为什么科学家却相信，宇宙中充斥着暗物质呢？下面我们就来聊一下这个话题。

从20世纪初开始，科学家就发现了一种现象：在一些星系中，恒星的运动模式似乎“很不正常”，因为它们围绕星系中心运动的速度实在是太快了，而以它们的速度，仅凭星系中可见物质产生的引力根本不可能对其进行有效地束缚。

在此之后，随着观测水平的日益进步，科学家逐渐意识到，这样的现象在宇宙中普遍存在，观测数据表明，大量星系的旋转速度都远远超过了理论值的上限，甚至连我们所在的银河系也不例外。为什么会这样呢？一种合理的推测就是，应该是有某种不可见的物质产生了“额外”的引力。是的，这种假想中的“不可见的物质”，后来就被称为暗物质。

由此可知，虽然暗物质是不可见的，但它们却有质量，可以产生引力，进而影响到周围的普通物质，而这正是科学家最初意识到暗物质可能存在的原因。

根据广义相对论，引力的本质其实是时空的弯曲，而由于暗物质对光是“透明”的，因此在暗物质密集的区域附近，来自远方的光线的传播路径就会出现明显的畸变，进而产生一种特殊的“引力透镜”效应，所以从理论上来讲，通过对这种现象进行观测，我们就可以间接地“看”到暗物质的存在。

实际上也确实是这样，在过去的日子里，科学家已经通过这种现象观测到了很多疑似暗物质存在的迹象，比如说有一个很直观的例子就是“子弹星系团”，这个星系团在天空中位于船底座，它其实是由两个处于碰撞阶段的星系团组成。

研究表明，在“子弹星系团”中，通过“引力透镜”信号推断出的“暗物质”分布（上图中的蓝色区域），与通过X射线信号绘制的发光物质的分布（上图中的红色区域）并不重合。

科学家推测，之所以会出现这样的现象，应该是因为在碰撞的过程中，星系团中的普通物质之间发生了大量的电磁相互作用，而其中的“暗物质”却“波澜不惊”地穿过了彼此。

实际上，在其他方面也存在着疑似暗物质存在的迹象，比如说宇宙中的大尺度结构，根据目前的宇宙学模型，如果只考虑普通物质的引力作用，那就无法解释这些结构的形成和演化，而加入了暗物质的引力效应，就可以很好地解释这些它们的形成。

又比如说宇宙微波背景辐射的各向异性。简单来讲，宇宙微波背景辐射是宇宙中最早的光子的残余，是大爆炸宇宙论的关键证据之一。观测数据表明，在宇宙微波背景辐射中，其实存在着极其微小的温度差异（大概只有十万分之一），这就被称为宇宙微波背景辐射的各向异性。

从理论上来讲，在早期宇宙中，普通物质会发生强烈的电磁相互作用，而暗物质则不会，不过它们却可以通过引力作用对普通物质的密度和速度造成影响，所以如果暗物质存在的话，那它们就会在宇宙微波背景上留下特殊的“印记”。

通过对宇宙微波背景辐射的各向异性进行观测和分析，科学家可以推测出宇宙在早期时期的密度波动和结构形成的细节，得出的结果表明，理论中的“暗物质留下的印记”确实存在。

科学家根据实际观测数据估算出，在已知宇宙总质能之中，暗物质大约占了26.8%，普通物质占比则只有4.9%左右（其余的是暗能量，当然了，这是另一个话题），也就是说，在已知的宇宙中，暗物质的质量是普通物质的5倍多。

总而言之，虽然暗物质看不见也摸不着，但通过我们在宇宙中观测到的种种迹象，再辅以理论上的推演可知，暗物质应该在宇宙中大量存在，而这也正是科学家相信宇宙中充斥着暗物质的原因。

时至今日，暗物质的存在早已得到广泛的认同，就已知的情况来看，暗物质应该是一种高度稳定的物质，它们可能也与普通物质一样是由一些基本粒子构成，在宇宙四大基本力中，它们几乎不会参与电磁相互作用与强相互作用，可能会参与弱相互作用，却能产生与之质量匹配的引力。

值得一提的是，尽管我们目前并没有直接探测到暗物质的存在，但相关的探测与研究却一直在进行之中，例如我国发射的“悟空”号，其实就是一颗暗物质粒子探测卫星，期待在未来的日子里，它能帮助我们在宇宙中发现暗物质存在的有力证据。

本文由奇点天文作者上传并发布，奇点天文仅提供文章投稿展示，文章仅代表作者个人观点，不代表奇点天文立场。