什么是暗物質

郭紅鋒

暗物質、黑洞、蟲洞、外星人、時間旅行等等，都是當前科學界最熱門的話題，也是最前沿的研究領域。很多同學都想了解這些方面的信息，但連科學家都沒搞清楚的問題，我們怎么能講清楚呢？但我們可以給同學們介紹一些背景知識，讓同學們了解一些最新的研究進展。

暗物質概念的提出

天文界公認的給出暗物質量化概念的，是美國加州理工學院的瑞士天文學家弗里茨·茲威基。1933年茲威基在研究后發座星系團時，用2種方法估算了后發座星系團的總質量，結果用星系物質之間引力關系計算出來的質量，要比用光度測量分析得到的發光物質總質量大400倍！如此巨大的誤差只能有一個解釋：發光星體的質量只是星系團質量的一小部分，還有很大一部分質量是看不見的或者說是未知的，于是他把這叫作“短缺質量”。雖然與茲威基同時代的人也有類似的研究支持他的結論，但這一概念以及突破性的結論在當時并沒有引起學術界的重視。

直到20世紀60～70年代，美國女天文學家薇拉·魯賓對仙女座大星系（M31）的星系旋轉特性進行了測量，也就是測量距離星系中心不同半徑處物質的旋轉速度，才得到圖2的所示結果。圖中橫坐標是距星系中心的距離，縱坐標為旋轉速度，圖中白色曲線是理論計算的曲線，紅色是實際觀測的曲線。

從實測的不同半徑處物質的旋轉速度關系圖（見圖2）中可以看出，離星系中心不同距離處的天體，圍繞中心旋轉的速度都差不多，星系外圍的繞轉速度明顯比計算得到的要快很多。……