什么是暗物質(zhì)-鄭州市第一〇二高級中學(xué)

        宇宙的組成是什么？在宇宙中，除了人們常見的各種發(fā)光的星球、星系、星系團(tuán)、類星體……等等發(fā)光的天體，是否還存在著不發(fā)光的天體，或物質(zhì)？

　　在宇宙中是否還存在不發(fā)光物質(zhì)、不發(fā)光的天體？這似乎是不成問題的問題。例如，在太陽的周圍有9大行星，有月亮這類的衛(wèi)星。這些行星或衛(wèi)星自身并不發(fā)光，它們僅能反射光。其實(shí)，所謂發(fā)光物質(zhì)只不過是這種暫時不發(fā)光的物質(zhì)處在高溫、高壓環(huán)境的狀態(tài)而已。所以，在宇宙中是否存在不發(fā)光物質(zhì)的問題，似乎是這些會發(fā)光物質(zhì)所存在的狀態(tài)的問題，問題是它們在宇宙中所占有的比重如何？如果把宇宙中存在于不發(fā)光狀態(tài)的常見物質(zhì)，如質(zhì)子、中子、電子等占發(fā)光狀態(tài)的比重問題，僅僅歸結(jié)為在其他星系中是否存在著行星、衛(wèi)星等，那還不是十分重要的問題。因?yàn)?大行星加上可能的彗星，其總質(zhì)量還不到太陽的1％，更為重要的是處在不發(fā)光狀態(tài)的常見物質(zhì)，是否在總質(zhì)量上比發(fā)光的星體多一個量級，還是他們只占微不足道的分量，或是彼此差不多，如此等等。因?yàn)檫@涉及天體或星系團(tuán)演化的基本規(guī)律。而更為重要的問題是，宇宙中是否除質(zhì)子、中子、電子等“會”發(fā)光的物質(zhì)以外，還存在著在原則上就不會發(fā)光的物質(zhì)，或者說，它們自身不僅不能發(fā)光，而且也不會反射、折射或散射光，亦即對各種波長的光，它們都是百分之百的透明體！它們就是神秘的暗物質(zhì)。

　　許多宇宙論學(xué)家認(rèn)為，宇宙中會有占90％以上暗物質(zhì)的存在。如果宇宙中存在著那種原則上不能發(fā)光的非常見物質(zhì)的暗物質(zhì)，那么，宇宙中包含的暗物質(zhì)的多少，就決定了或至少是影響了宇宙是封閉宇宙還是開放宇宙。所謂封閉式的宇宙，就是指現(xiàn)今的宇宙膨脹達(dá)到相當(dāng)長的一個時間后（例如800億年），會由于萬有引力使宇宙由膨脹而收縮，這又稱為振蕩式的宇宙；如果宇宙膨脹速度超過萬有引力所引起的阻力，而無限地膨脹下去，這就稱為開放式宇宙。可見暗物質(zhì)對宇宙的影響是非常大的。那么，到底有沒有暗物質(zhì)呢？

　　盡管暴脹宇宙論對暗物質(zhì)問題提出了非常有趣的假說，但從天文觀測的角度說，這一可能存在有暗物質(zhì)的假說，只不過是理論學(xué)家們的推測，在天文觀測上并沒有給出堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是，近來，在10米的天文望遠(yuǎn)鏡上進(jìn)一步觀測遠(yuǎn)河外星云，測出其中的氘核和氫核的豐度的比值比過去所知的數(shù)值約大了一倍以上。從這一數(shù)值中已經(jīng)可以確定在星系四周的“暈”中，必定有非常見物質(zhì)形態(tài)形成的暗物質(zhì)！這是和暴脹宇宙論假定無關(guān)的，而僅由天文觀測值所直接得出的結(jié)論。就是說，宇宙中存在著暗物質(zhì)，已是確鑿無疑的事情。

　　暗物質(zhì)存在與否，雖然已經(jīng)得到初步證實(shí)。但暗物質(zhì)將由什么樣的物質(zhì)所形成？它們是什么樣的粒子或是場，或是二者的統(tǒng)一，仍然需要進(jìn)一步的研究。宇宙論的理論認(rèn)為，暗物質(zhì)可能有兩種形態(tài)，一種稱為熱暗物質(zhì)，即在宇宙形成物質(zhì)世界時期，暗物質(zhì)的候選者仍然保持其相對論性粒子狀態(tài)；另一種稱為冷暗物質(zhì)，即在宇宙形成物質(zhì)世界時期，暗物質(zhì)的候選者已經(jīng)是非相對論性的粒子。這兩者將在宇宙演化過程中起著不同的作用，但都不能沒有。如何探索、尋找和研究已被天文觀測所證實(shí)的暗物質(zhì)？這是21世紀(jì)科學(xué)的又一難題。