暗物质：隐藏的物质使科学家深感头疼

到了19世纪末，“发光的以太”理论导致了无数的科学的误解而寿终正寝。今天另外一种神秘物质使天文学家感到费解，而这还在继续着。事实上在这几十年里已经成为宇宙学的前沿，它就是“暗物质”，它已经被宇宙学家广泛接受，认为宇宙的大部分是由它组成的。

加里福里亚爱尔文大学的天文学家Trimble说：“我们知道它的「存在」已经有十五年了，但是我们不知道它到底在那里。”

天文学家怎么能那么肯定我们从来没有看到过的东西呢？答案来自我们观察到的星球和星系的运动，科学家研究这些运动已经超过50年了。如果只有看得到的物质的引力作用，那么在旋涡星系里的单个的恒星和气体尘埃云在轨道上运行速度比他们应该运行的速度还要快。同样的，对于星系群：单个的星系的运动不能被我们能看见物质的引力来解释。

为了解释这些观察到的现象，天文学家推断星系是被大量的不同的和不可见的物质的“晕”环绕。

这儿说的“暗物质”对我们来说是不可见的，因为她不发射能量。但是它是“物质”，也就是意味着它能提供引力和使星系和星系群“合”在一起不散开的力量。不过这在稀奇古怪的宇宙学里面，也是奇怪的一个“想法”。

尽管天文学家不能直接看到暗物质，但是他们可以观测星系群的引力透镜效应。那些星系群的引力使得从比它远的星系射过来的光弯曲，就象是一个光学透镜。用计算机来分析这些效应，天文学家已经确定了这些星系的质量。而且再一次发现暗物质是大量存在的。

事实上天文学家相信在宇宙中暗物质是如此之多，他比通常所说的物质多的多，比例可能达到10:1.

天文学家说，如果你能看到暗物质，大部分的星系，包括我们的银河系在望远镜中看到将是比现在的大10倍。所有的我们在熟悉的宇宙中的居民，如恒心，星系，行星和尘埃云将只是宇宙中的很小的一部分。

而且，暗物质是无处不在而又是难于察觉的。在地球上，暗物质可能正从我们旁边穿过，或者直接穿过我们身体，但是我们觉测不到它。可能部分原因是由于暗物质很少和一般的物质相互作用。暗物质的分布也比一般的物质要广泛的多。Trimble说：“比较一下我们熟悉的物质，暗物质真是无法想象的广泛地散布在宇宙中。”

下一步是：暗物质到底是象什么东西？

至少科学家想尽一切办法测试暗物质都失败了。直到现在，他们只能在理论上得出暗物质大概的情况，但是最有可能的是有一种（或几种）亚原子粒子。

最有可能的是相互作用非常微弱的有质量粒子（WIMPs),成千上万种的亚原子的任何一种都是在宇宙的极早期在非常高的温度下形成的。他们还有可能是可以叫作：光子，引力子，磁单极和軸子。

还有一种大家很久以来都知道的非常有名的中微子，也是唯一被检测出来的“暗物质”的可能粒子，尽管只是总的暗物质的很小的一部分。

最后，一些暗物质也许组成了大家很熟悉的物体如白矮星，孤独的流浪星球，和另外的正常的物体。但是科学家相信那些也仅仅占暗物质很小的一部分。

Trimble说：“任何一个科学家都会告诉你任何一个话题，理论学家和观测者有更多的工作要做。”她说：“对于天文学家也就要更好地观测比如非常高能量的伽玛射线和非常高能量的宇宙射线。”。当暗物质在银河系里和通常的物质碰撞的时候就产生这些射线。探测这些射线的仪器设备已经在世界的许多地方的地底下展开，包括在新墨西哥和南极冰盖下面。

Chris Impey相信科学家将会在探测“暗物质粒子”上取得决定性的成果，尽管现在还没有发现任何东西。

“我们相信在两到四年的时间内，科学家要么发现的暗物质，要么他们将缩小那些认为可能是”暗物质的可能粒子的范围。我们将找出到底发生了什么。不管天文学家做了什么，这些进展将在物理探测的科学前沿发生。

Impey 说:“尽管如此，理论物理学家将还是对那些假设有暗物质的星系的观测结果充满着疑惑”, “每一个象银河系这样的大质量星系的中心部分的模拟预示着“暗物质必定是组成了一个集中的中心地带”Impey 说:“但是那不是我门现在观察到的情况， 因此还是存在这样那样的问题不能消除”。

然而天文学家看起来将不介意所有的这些不确定的问题,Impey说:"当我进行观察的时候，我就做好了被“震惊”的准备。我们不总是能有答案，或有得到答案的可能。"


发稿：2002年1月21日    更新：2002年1月22日