暗物质是谁发现的

发布网友发布时间：2024-10-22 09:07

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热心网友时间：2024-10-24 11:16

大约65年前，科学家们首次发现了暗物质存在的证据。当时，天文学家弗里兹·扎维奇发现，大型星系团中的星系运动速度极快，除非星系团的质量远超根据其中恒星数量计算出的预期质量，否则这些星系将无法被束缚在一起。之后的观测分析不断证实了这一发现。尽管我们对暗物质的本质仍然知之甚少，但在80年代，大约占宇宙能量密度20%的暗物质已经被广泛接受。
在宇宙膨胀理论提出后，许多宇宙学家开始相信我们的宇宙是由多个平行空间组成的，并且宇宙的总能量密度必须等于临界值，以决定宇宙是封闭的还是开放的。他们倾向于认为宇宙是简单的，其中能量密度都以物质的形式存在，包括我们已知的4%普通物质和未知的96%暗物质。然而，观测数据从未与这一理论相符。尽管在总物质密度的估计上存在较大误差，但这一误差并不足以使物质总量达到临界值，而且观测与理论模型之间的矛盾随着时间推移而加剧。
我们常常忽略的一点是，暗物质对于宇宙结构的形成至关重要。如果没有暗物质，就不会有星系、恒星和行星，更不会有今天的人类。宇宙在大尺度上表现出均匀性和各向同性，但在更小的尺度上，存在着恒星、星系、星系团以及星系长城等结构。在大尺度上，唯一能够促使物质运动的力就是引力。然而，均匀分布的物质不会产生引力，因此今天所有的宇宙结构都源自于宇宙早期物质分布的微小涨落，这些涨落会在宇宙微波背景（CMB）中留下痕迹。普通物质不可能通过自身的涨落形成实质上的结构，又不在CMB中留下痕迹，因为在那时普通物质还没有与辐射分离。另一方面，不与辐射耦合的暗物质，其微小的涨落在普通物质脱耦之前就放大了许多倍。在普通物质脱耦之后，已经成团的暗物质开始吸引普通物质，进而形成了我们现在观测到的结构。因此，宇宙结构的初始涨落非常微小。所需的物质就是所谓的冷暗物质，由于它们是无热运动的非相对论性粒子，因此得名。
在讨论这一模型的有效性之前，需要说明一点：为了预言不同波长上的引力效应，先前提到的小扰动（涨落）必须具有特定的形态。这就要求最初的密度涨落是标度无关的。也就是说，如果我们把能量分布分解成一系列不同波长的正弦波之和，那么所有正弦波的振幅都应该是相同的。"大爆炸"初期暴涨理论的成功之处在于它提供了一个动力学机制，有助于形成这样一个标度无关的小扰动谱（其谱指数n=1）。WMAP的观测结果证实了这一预言。
然而，如果我们不了解暗物质的性质，就不能说我们已经了解了宇宙。现在已经知道有两种暗物质——中微子和黑洞。但它们对暗物质总量的贡献非常小，暗物质的大部分仍然是个谜。我们将讨论暗物质可能的候选者，它如何导致结构形成，以及我们如何结合粒子探测器和天文观测来揭示暗物质的性质。