什么是暗物质？

暗物质（Darkmatter）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已知的物质。
现代天文学通过天体的运动、牛顿万有引力的现象、引力透镜效应、宇宙的大尺度结构的形成、微波背景辐射等观测结果表明暗物质可能大量存在于星系、星团及宇宙中，其质量远大于宇宙中全部可见天体的质量总和。
结合宇宙中微波背景辐射各向异性观测和标准宇宙学模型（ΛCDM模型）可确定宇宙中暗物质占全部物质总质量的85%、占宇宙总质能的26.8%。被广泛接受的理论认为，组成暗物质的是“弱相互作用有质量粒子”（weaklyinteractingmassiveparticle,WIMP）。
最早提出“暗物质”可能存在的是天文学家卡普坦（JacobusKapteyn），他于1922年提出可以通过星体系统的运动间接推断出星体周围可能存在的不可见物质。1932年，天文学家奥尔特（JanOort）对太阳系附近星体运动进行了暗物质研究。然而未能得出暗物质存在的确凿结论。1933年，天体物理学家兹威基（FritzZwicky）利用光谱红移测量了后发座星系团中各个星系相对于星系团的运动速度。

在无月的黑夜，天空繁星闪烁，我们很难想象在遥远的太空里隐藏着大量的被称作“暗物质”的东西，而且它们竟然占宇宙总质量的绝大部分，但又不属于构成我们可见天体的任何一种目前已知的物质。

暗物质看不见摸不着，却有引力和质量。迄今为止，物理学家仍无法直接证明暗物质的存在，而在宇宙的大尺度结构中到处都有暗物质存在的迹象，并保持着星系运行的稳定免于分崩离析。

那么，暗物质的假设是怎样提出来的？

瑞士物理学家茨维基(Fritz Zwicky)在1933年用多普勒效应测定某个漩涡星系中各处的旋转速度时，发现自中央向外围的天体绕中心的旋转，其轨道速度并不减少。根据引力定律推算，在这个星系中看不见的物质要比看得见的恒星、气体云等多几十倍。我们的太阳系可不是这样的，太阳系99%的质量集中在太阳上，不发光的行星、彗星总共不足1%；离太阳近的行星绕太阳转得快，如水星的轨道速度约48公里/秒，远处的矮行星冥王星转得慢，仅有4.7公里/秒。

到了’1970年代，美国的鲁宾(Vera Rubin)测量了60多个与银河系类似的星系旋转速度，得出与茨维基相同的结论。后来大批新的观测数据也表明，星系团中应该存在大量暗物质。从此，暗物质这一假设被学界广泛认可。

暗物质究竟是什么？

科学家研究认为，如果暗物质与已知的普通物质一样由原子组成，那么银河系中就该有100亿个黑洞；要不就是每个恒星有大量行星，例如太阳系应该有1万个木星，但这么多行星只要有几个质量再大一些，就会发生核聚变而发光，也就不是暗物质了。

目前物理学家广泛认为，暗物质不是原子，甚至不是质子、中子组成，而是“弱相互作用有质粒子”（WIMPs）。此外，也有假说认为暗物质的主要成分由其他类型粒子组成，如轴子(axion),惰性中微子(sterile neutrino)等。

现代天文学通过天体运动、引力透镜效应、微波背景辐射等观测结果，表明暗物质可能大量存在于星系及宇宙之中，其质量远大于全部可见物质的总量。宇宙中约26.8%为暗物质，4.9%为天体和星际气体等普通物质，其余68.3%是推动宇宙加速膨胀的暗能量。

怎样探测到暗物质的存在？

目前，探测暗物质主要是通过间接证据得出。前面已经提到，根据对漩涡星系天体运动的引力理论计算，星系旋转曲线的实测表明，惟一的解释是星系中必定存在暗物质。还可以观测星系团产生的x-射线，通过其温度推测星系中暗物质的质量分布。

引力透镜效应的应用是间接探测暗物质的较为便捷的方式。假如恒星的光线在传播途中经过一块块的暗物质，暗物质的引力会使得光线一次次地弯折，这样就有一些本来其传播方向不是朝地球的光线也到达了地球，使得恒星看起来亮得多了。

根据广义相对论，来自背景后面的光线在到达地球之前只要穿越了暗物质之中，那么引力透镜效应就能被确认，按背景光线的弯折程度，可推算出星系团中暗物质的分布，就等于获得了暗物质存在的证据。

今天，科学家更重视直接探测暗物质粒子的实验。比如利用“加速器”，探测粒子对撞机中人为产生的暗物质粒子。希望不久的将来会揭开暗物质的谜底。

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。