宇宙中看不見摸不著的暗物質(zhì)，科學(xué)家是怎么發(fā)現(xiàn)的？

看過電影《指環(huán)王》的朋友們一定會(huì)記得，當(dāng)主角弗羅多戴上至尊魔戒后，身體會(huì)隱形，誰都看不見他。這種隱形的能力也多次幫助弗羅多從劫難中脫身。我們今天要說的暗物質(zhì)，它們不僅是隱形的，而且還是宇宙中的主角——暗物質(zhì)是宇宙物質(zhì)的主要組成部分，其質(zhì)量占了整個(gè)宇宙物質(zhì)總質(zhì)量的85%。

最初，天文學(xué)家們?cè)谟^測(cè)離我們較近的天體（比如太陽系）時(shí)，發(fā)現(xiàn)它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全符合牛頓提出的萬有引力定律。但是后來，當(dāng)天文學(xué)家把目光放到銀河系之外的星系團(tuán)時(shí)，發(fā)現(xiàn)它們的運(yùn)動(dòng)并不完全符合萬有引力定律，好像有什么我們看不見的東西在影響這些龐大星系團(tuán)的運(yùn)動(dòng)。

天體物理學(xué)家茲威基（Fritz Zwicky）在測(cè)量一個(gè)大型星系團(tuán)中各個(gè)星系的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度時(shí)發(fā)現(xiàn)，各星系的速度都太高，僅靠星系團(tuán)內(nèi)的可見星體的引力是沒法把它們束縛在星系團(tuán)內(nèi)的。茲威基推測(cè)星系團(tuán)內(nèi)一定存在大量的不可見物質(zhì)，其質(zhì)量是可見星體的上百倍，產(chǎn)生的引力能把那些高速運(yùn)轉(zhuǎn)的星系牢牢束縛。他把這些不可見物質(zhì)定義為暗物質(zhì)。在后來幾十年的天文觀測(cè)中，科學(xué)家們也證實(shí)了暗物質(zhì)的存在。

既然暗物質(zhì)是“隱形”的，我們?cè)趺窗阉鼈冋页鰜砟兀糠椒ê芎唵?，就像《指環(huán)王》中，盡管弗羅多隱身了，咕嚕怪也能通過他的腳印來判斷出他的位置一樣。

當(dāng)今最具說服力的發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的方法是使用引力透鏡（gravitational lensing）效應(yīng)來追蹤暗物質(zhì)。根據(jù)廣義相對(duì)論，運(yùn)動(dòng)中的光子是有質(zhì)量的，只不過質(zhì)量非常非常的小，我們根本感覺不到。既然有質(zhì)量，就必然會(huì)與其他天體產(chǎn)生引力。當(dāng)光線經(jīng)過像黑洞這樣的質(zhì)量超大，而引力超大的天體時(shí)，光子就會(huì)受引力的影響而發(fā)生彎曲，甚至被吸走。同樣，當(dāng)光線經(jīng)過質(zhì)量超大的星系團(tuán)時(shí)，也會(huì)受其暗物質(zhì)的引力影響而發(fā)生彎折，科學(xué)家們正是根據(jù)這些光線的彎折程度，來推算出星系團(tuán)中的暗物質(zhì)分布的。