什么是暗物质?

2010年12月12日，中国首个极深地下“暗物质”实验室投入使用。说起暗物质，你可知道什么是暗物质呢?

天体物理学研究发现，在浩瀚的宇宙空间里，我们能够观测到的发光星体(包括发射X射线、γ射线的星体)的质量仅仅只是宇宙空间里物质总质量的一小部分。还有很大一部分质量则来自至今我们还没有弄清楚的东西。这种视而不见又确实存在的东西，我们称它为“暗物质”。

科学家对暗物质的认识可以追溯到20世纪30年代初。1933年，瑞士天文学家兹威基在估算后发座星系团的总质量时，使用了两种不同的方法：光度法和动力学法。结果用动力学方法算得的质量要比用光度法算得的质量大400倍!如此巨大的误差只能有一个解释：发光星体的质量只是星系团质量的一小部分，还有很大一部分质量不知哪里去了。于是他把这叫作“短缺质量”。

当时这一发现并未引起重视，直到1978年，一些射电天文学家在系统测量旋涡星系的转动曲线时，发现离星系中心不同距离处的物体具有相同的线速度。这个观察结果与人们熟悉的太阳系的情况完全相悖。在太阳系里离中心越远的行星，线速度越小。这是著名的开普勒定律告诉我们的。而同样受万有引力作用产生的星系周围物体的运动也应该遵循开普勒定律!为此，有科学家提出，只有假设在星系的周围还存在着暗物质，那么观察到的星系运动才能与开普勒定律的计算结果相吻合。由此，在星系的发光物体以外，必定还有大量看不见的暗物质的观念逐步为人们所接受。在这种观点指导下，科学家又发现了存在暗物质的许多证据。例如1983年发现距银河中心20万光年的R15星，视向速度达465米/秒。要产生如此大的速度，银河系的总质量至少要比发光区的质量大10倍才行。

另外，科学家在对宇宙起源的理论研究中，也确实感到应该有暗物质的存在，才能使他们的理论自圆其说。

那么，暗物质究竟是什么呢?对此，科学家有过许多猜想：有人说暗物质是弥散在宇宙空间里的气体，也有人说它是宇宙里的尘埃，还有人猜它是已经变暗的“死星”，甚至可能是黑洞。这些猜想虽然都事出有因，但缺乏有力的证据，未能得到学术界的认同。

在暗物质的众多候选者之中，中微子却最受到人们的青睐。因为它是宇宙之中已知确实存在，而且数量极多的一类粒子。特别是1980年，苏联理论与实验物理研究所宣布了中微子的静止质量可能不等于零后，给人们对中微子与暗物质之间的关系带来了丰富的想像空间。由于中微子数量极多，即使它的静止质量很微小，其总质量仍然相当可观。此外，大多数中微子不发光，只有很弱的电磁作用，等等，这些性质使它都很像是暗物质。

当然，粒子物理学家还预言了一批新粒子来作为暗物质的候选者，如引力微子、光微子、胶微子、Z微子等，可惜这些假设的新粒子至今一个也没有找到。看来要揭示暗物质的庐山真面目，还是一个任重而道远的课题。

暗物质的特性是什么?

暗物质是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质，它可能是宇宙物质的主要组成部分，但又不属于构成可见天体的任何一种目前已知的物质。暗物质的特性是：

1、暗物质参与引力相互作用，所以是有质量的，但单个暗物质粒子的质量大小还不能确定。

2、暗物质应是高度稳定的，由于在宇宙结构形成的不同阶段都存在暗物质的证据，暗物质应该在宇宙年龄(百亿年)时间尺度上是稳定的。

3、暗物质基本不参与电磁相互作用，暗物质与光子的相互作用必须非常弱，以至于暗物质基本不发光;暗物质也基本不参与强相互作用，否则原初核合成的过程将会受到扰动，轻元素丰度将发生改变，将导致与当前的观测结果不一致。

4、通过计算机模拟宇宙大尺度结构形成得知，暗物质的运动速度应该是远低于光速，即冷暗物质，否则我们的宇宙无法在引力作用下形成目前观测到的大尺度结构。