暗物質(zhì)是現(xiàn)代天體物理學(xué)中最神秘的事物之一，天體物理學(xué)家確信它的存在，甚至認(rèn)為它無(wú)處不在，但卻不知道它的成分?？床灰?jiàn)、測(cè)不到，科學(xué)家們是如何知道暗物質(zhì)的存在呢？
1884年，著名物理學(xué)家開(kāi)爾文勛爵在估算銀河系的總質(zhì)量時(shí)發(fā)現(xiàn)，人們可看到的銀河系內(nèi)的恒星總質(zhì)量要小于他所估算出來(lái)的銀河系總質(zhì)量。于是，他提出銀河系中存在的大多數(shù)天體可能是我們看不到的“黑暗天體”。
1906年，著名的科學(xué)家龐加萊在《銀河系和氣體理論》中首次用到了暗物質(zhì)這個(gè)詞。
到了1933年，一位脾氣古怪、卻有著敏銳洞察力的瑞士天體物理學(xué)家茲威基發(fā)現(xiàn)，后發(fā)座星系團(tuán)有些奇異之處：盡管其中的星系看似以引力作用相互束縛，但從它們很高的運(yùn)動(dòng)速度來(lái)看，星系團(tuán)將不可避免地分崩離析。然而，后發(fā)星系團(tuán)并未瓦解。于是，他也提出，后發(fā)星系團(tuán)中存在大量不可見(jiàn)的神秘物質(zhì)。
大約30年后，美國(guó)天文學(xué)家薇拉·魯賓在觀測(cè)星系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)其他星系也存在類(lèi)似的現(xiàn)象——星系外側(cè)恒星的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于預(yù)期，這很不合常理。
為什么這樣說(shuō)呢？我們拿鏈球比賽來(lái)做個(gè)比喻，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員把鏈球甩起來(lái)，鏈球的速度達(dá)到一定程度之后，根據(jù)牛頓力學(xué)定律，隨著運(yùn)動(dòng)員把鏈球甩得越來(lái)越快，運(yùn)動(dòng)員用來(lái)拽住鏈球的力也要越來(lái)越大。
同樣的道理，星系是依靠引力拽住星系中的恒星，因此，恒星離星系核心越遠(yuǎn)，速度又要保持不變，那所需要的引力就得越大。
就拿太陽(yáng)系為例，我們通過(guò)理論計(jì)算，銀河系可見(jiàn)物質(zhì)所能提供的引力，只能保證太陽(yáng)系以160千米的時(shí)速運(yùn)動(dòng)，但科學(xué)家觀測(cè)到的時(shí)速卻是240千米。這就說(shuō)明，存在著額外的引力，才能保證太陽(yáng)系以如此高的速度運(yùn)動(dòng)而不會(huì)飛出銀河系。
20世紀(jì)70年代以來(lái)，科學(xué)家們通過(guò)對(duì)星系、星系團(tuán)、引力透鏡效應(yīng)、宇宙微波背景輻射等觀測(cè)，獲得了一系列天文證據(jù)，逐漸讓人們認(rèn)識(shí)到暗物質(zhì)確實(shí)是存在的，并且通過(guò)理論計(jì)算知道暗物質(zhì)在宇宙中的占比要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可見(jiàn)物質(zhì)，差不多是可見(jiàn)物質(zhì)的5-6倍左右。
今天，雖然科學(xué)家們還沒(méi)有直接捕捉或看到暗物質(zhì)，可是大多數(shù)天文學(xué)家堅(jiān)信，暗物質(zhì)的存在，是目前許多宇宙現(xiàn)象最為簡(jiǎn)潔與合理的解釋。
監(jiān) 制：任賀春 趙 錚
策 劃：戰(zhàn) 釗 宋雅娟
編 導(dǎo)：肖春芳
制 作：蘇小坡
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