Question

宇宙中!暗物质是什么?

Answer 1

暗物质是天文学家卡普坦在1922年时提出的，宇宙中可能存在着一种看不见的物质。暗物质不和电磁波发生作用，也不反射光，所以不管用多厉害的望远镜通通观察不到。但是暗物质到底真的存在与否还有不少争议，需要我们继续去探索。

Answer 2

在宇宙中是否还存在不发光物质、不发光的天体？这似乎是不成问题的问题。例如，在太阳的周围有9大行星，有月亮这类的卫星。这些行星或卫星自身并不发光，它们仅能反射光。其实，所谓发光物质只不过是这种暂时不发光的物质处在高温、高压环境的状态而已。所以，在宇宙中是否存在不发光物质的问题，似乎是这些会发光物质所存在的状态的问题，问题是它们在宇宙中所占有的比重如何？如果把宇宙中存在于不发光状态的常见物质，如质子、中子、电子等占发光状态的比重问题，仅仅归结为在其他星系中是否存在着行星、卫星等，那还不是十分重要的问题。因为9大行星加上可能的彗星，其总质量还不到太阳的1％，更为重要的是处在不发光状态的常见物质，是否在总质量上比发光的星体多一个量级，还是他们只占微不足道的分量，或是彼此差不多，如此等等。因为这涉及天体或星系团演化的基本规律。而更为重要的问题是，宇宙中是否除质子、中子、电子等"会"发光的物质以外，还存在着在原则上就不会发光的物质，或者说，它们自身不仅不能发光，而且也不会反射、折射或散射光，亦即对各种波长的光，它们都是百分之百的透明体！它们就是神秘的暗物质。

许多宇宙论学家认为，宇宙中会有占90％以上暗物质的存在。如果宇宙中存在着那种原则上不能发光的非常见物质的暗物质，那么，宇宙中包含的暗物质的多少，就决定了或至少是影响了宇宙是封闭宇宙还是开放宇宙。所谓封闭式的宇宙，就是指现今的宇宙膨胀达到相当长的一个时间后（例如800亿年），会由于万有引力使宇宙由膨胀而收缩，这又称为振荡式的宇宙；如果宇宙膨胀速度超过万有引力所引起的阻力，而无限地膨胀下去，这就称为开放式宇宙。可见暗物质对宇宙的影响是非常大的。那么，到底有没有暗物质呢？

尽管暴胀宇宙论对暗物质问题提出了非常有趣的假说，但从天文观测的角度说，这一可能存在有暗物质的假说，只不过是理论学家们的推测，在天文观测上并没有给出坚实的基础。但是，近来，在10米的天文望远镜上进一步观测远河外星云，测出其中的氘核和氢核的丰度的比值比过去所知的数值约大了一倍以上。从这一数值中已经可以确定在星系四周的"晕"中，必定有非常见物质形态形成的暗物质！这是和暴胀宇宙论假定无关的，而仅由天文观测值所直接得出的结论。就是说，宇宙中存在着暗物质，已是确凿无疑的事情。

暗物质存在与否，虽然已经得到初步证实。但暗物质将由什么样的物质所形成？它们是什么样的粒子或是场，或是二者的统一，仍然需要进一步的研究。宇宙论的理论认为，暗物质可能有两种形态，一种称为热暗物质，即在宇宙形成物质世界时期，暗物质的候选者仍然保持其相对论性粒子状态；另一种称为冷暗物质，即在宇宙形成物质世界时期，暗物质的候选者已经是非相对论性的粒子。这两者将在宇宙演化过程中起着不同的作用，但都不能没有。如何探索、寻找和研究已被天文观测所证实的暗物质？这是21世纪科学的又一难题。

暗物质 Dark material

【Jeremiah P. Ostriker和Paul Steinhardt 著 Shea 译】几十年前，暗物质(dark matter)刚被提出来时仅仅是理论的产物，但是现在我们知道暗物质已经成为了宇宙的重要组成部分。暗物质的总质量是普通物质的6倍，在宇宙能量密度中占了1/4，同时更重要的是，暗物质主导了宇宙结构的形成。暗物质的本质现在还是个谜，但是如果假设它是一种弱相互作用亚原子粒子的话，那么由此形成的宇宙大尺度结构与观测相一致。不过，最近对星系以及亚星系结构的分析显示，这一假设和观测结果之间存在着差异，这同时为多种可能的暗物质理论提供了用武之地。通过对小尺度结构密度、分布、演化以及其环境的研究可以区分这些潜在的暗物质模型，为暗物质本性的研究带来新的曙光。

Answer 3

暗物质是什么？