宇宙暗物質之謎

不少天文學家認為，宇宙中90％以上的物質是以“暗物質”的形式隱藏著的。早在20世紀30年代，荷蘭天體物理學家奧爾特就已指出：為了說明恒星的運動，需要假定在太陽附近存在著看不見的物質。1933年，茨維基從室女星係團諸星係的運動，就曾認為在星係團中存在著大量的暗物質。

太陽附近和銀道麵內的暗物質是些什麽東西呢?奧爾特等天文學家認為，它們可能是一般光學望遠鏡觀測不到的極暗弱的褐矮星或質量為木星30～80倍的大行星。美國天文學家巴柯的理論分析表明，在太陽附近，存在著與發光物質幾乎同等數量的看不見的物質。在大視場望遠鏡所拍攝的天空照片上已發現了暗於14星等、不到半個太陽質量的M型矮星。由於太陽位於銀河係中心平麵的附近，故從探測到的M型矮星的數目推算，它們大概能提供銀河係應有失蹤質量的一半。每一顆M型星最多隻能發光幾萬年，故人們認為銀河係中一定存在著許許多多這些小恒星“燃燒”後的“屍體”，足以提供理論計算所需的全部暗物質。

觀測結果和理論分析均表明漩渦星係外圍存在著大質量的暗暈，暈中含有哪些看不見的物質呢?英國天文學家裏斯認為可能有三種候選者：第一種就是上麵所述的小質量恒星或大行星；第二種是很早以前由超大質量恒星坍縮而成的200萬倍太陽質量左右的大質量黑洞；第二三種則是奇異粒子，如質量可能為20埔電子伏與電子有聯係的中微子，質量為l0電子伏的軸子或者是目前科學家所讚成的各種大統一理論所允許和要求的粒子。

歐洲核子研究中心的粒子物理學家伊裏斯認為，星係暈及星係團中最佳的暗物質候選者是超對稱理論所要求的所謂S粒子。這種理論認為，每一個已知的基本粒子(如光子)必定存在著與其配對的粒子(如具有一定質量的光微子)。伊裏斯推薦了四種最佳暗物質候選者：光微子、希格斯微子、中微子和引力微子。科學家們還認為，這些s粒子也是星係團之間廣大宇宙空間中的冷的暗物質候選者。

真的需要暗物質來解決當代天體物理學中所遇到的矛盾嗎?1956年，蘇聯天體物理學家阿巴楚勉就認為星係群在膨脹。1976年以來，芬蘭的瓦托恩和美國的伯德等人在一些小星係群和星係團中確實觀測到了其成員星係從群或團中心向四麵八方散開的現象。因此，在這些星係群和星係團內就沒有必要假設存在著大量的暗物質以提供額外的引力來保持星係群或星係團的動力學平衡狀態。又如美國的泰森等人利用引力透鏡效應測定一些星係的質量，其結果比力學質量值要小。‘還有一些科學家，如美國的奧利夫等人則認為，由於光速是有限值，我們今天所觀測到的星係團實際上是過去的星係團，其質量比它們目前實際擁有的質量要大。在理論研究方麵，以色列大文學家米爾格羅姆於1983年發表的一係列文章認為，牛頓力學是他從太陽係的觀測數據推導出來的，它是否適用於更廣闊的天體尺度是有疑問的。他在一種假設的前提下計算出：無須引進暗物質便可獲得與觀測相一致的星係盤外區的旋轉曲線。這種假設是：在遠離銀心的銀河係外區，是加速度的平方(而不是加速度本身)與產生引力物體的質量成正比，與距離的平方成反比。

總之，宇宙中是否存在有暗物質?它們是些什麽東西?與可見物質的比例是多少?怎樣才能探測到它們?牛頓力學是不是普遍原理?等等。這些確實是物理學家和天文學家們當前所遇到的既饒有興味但又不易解決的難題。