我们继续说暗物质，上节课我们说了，上宿世纪的30年月、70年月人们发现了星系、星团中有质量缺掉，说白了就是按照星光所测量出来的物质它们可以或许供给的引力，不足以诠释星系的动弹速度。
也可以理解为，一个星系由发光物质所供给的引力太小，若是星系按照今朝的动弹速度的话，它必定会解体，但事实上，星系人家转得好好的，这就申明，有一部门物质给星系供给了额外的引力，但我们不知道它是啥。
那时按照引力测量出来的质量，比按照星光测量出来的质量大了50倍。这个差别仍是半斤八两较着的。所以我们需要诠释这50倍都差在了哪？
人们首先考虑了一种可能的诠释，我们知道星系中除了恒星以外，还有良多不发光、或者说不发出可见光的物质，好比说，行星，褐矮星、恒星遗迹、黑洞、气体云、尘埃等等这些由通俗物质组成的工具。
若是把这些工具都算进去的话，再加上恒星的质量，是不是就可以抹平这50倍的差别了。所以我们需要对宇宙做一次大规模的生齿普查。看一下，除了恒星以外的物质到底有几多？
首先是等离子体和气体云，这两种工具在星系、星系团中，以及星系际介质中大量存在，数目很是的可不雅，不外它们根基上在可见光波段看不到。若是我们在X射线波段或者是紫外线波段不雅察的话，就能看到等离子体了。
此刻我们看到的这张照片是阿贝尔2744星系团，里面包含了过热的等离子体，温度高达数万万摄氏度，在X射线波段有强烈的辐射，图中蓝色部门就是钱德拉X射线天文台不雅测的成果，布景中的星系是哈勃千里镜在可见光波段不雅测的成果。
可以看出，等离子体大量地存在于星系，或者是星系团之间，是以这种状况的物质也被称为“暖热星系际介质”。
除了等离子体以外，在星系和星系团的内部还存在着大量的中性气体云，颠末大量的测量，若是我们把气体分子和等离子体都加起来，它们的总质量只比恒星的总质量大了7倍摆布，远远补不齐50倍的洞穴，只能诠释所需引力结果的14%。
下面我们继续寻找其他类型的物质，好比说褐矮星。这是一类掉败的恒星，它们的质量介于13个木星到80个木星之间，低了就是巨型气态行星，高了就是最小的红矮星。
是以红矮星不热也不冷，固然它不克不及进行氢到氦的聚变，但仍是可以生当作一些氘，释放出一些能量，不外这些能量不足以让褐矮星发出可见光，所以我们只能在红外线波段看到它们。
经由过程大量的搜寻，我们发现褐矮星的数目还不少，但它们的质量比恒星要小得多了，是以他们对所需引力的进献远小于1%。
除了褐矮星以外，在星系中还有一类天体，它们不会发出任何可见光，也无法在红外线波段看到它们，此中包罗像月球、地球这样的岩石星球，或者是像土星、木星这样气态星球。
想找到它们一般有两种常用的法子，凌星法和微透镜法，凌星法说的是，当一颗行星距离它的母恒星比力近的时辰，并且这颗行星还必需处在母恒星和地球的连线上，若是它此刻颠末了母恒星的盘面，我们就会看到母恒星的亮度轻细的下降。经由过程这个方式我们就能发现一些系外行星了。
微透镜说的是，当一颗行星距离它的母恒星比力远的时辰，当他颠末地球和母恒星的连线的时辰，我们就会看到母恒星的亮度会轻细的上升，这是广义相对论质量弯曲时空的原因。
当然还有一些其他的方式，好比视标的目的速度法、天体测量法，甚至还有直接当作像法等等这些方式，寻找系外行星，这类天体还有一个比力高峻上的名字，叫晕内大质量致密天体。我们经由过程寻找这些天体，颠末推算，这些工具的总质量加起来最多也只能知足所需引力的1%。
还有尘埃云，星系中的尘埃是由一些大小分歧的物质颗粒构成的，我们此刻看到的这张照片中的星系叫M104，距离我们大约2800万光年，左下的图像是哈勃太空千里镜在可见光波段下拍摄的，右下的图像是斯皮策太空千里镜在红外线波段拍下的。
在红外波段下，可以很较着地看到M104的尘埃环，这类物质数目看起来很是多，可是在尘埃最多的星系中，它们的质量也只有整个星系的1%。
最后剩下的一类物质就是已经灭亡的恒星残骸，它们包罗白矮星、中子星和黑洞，这些工具固然发光不强，甚至不发光，可是我们仍是有法子可以或许找到它们。
好比说在无线电波段，我们可以找到中子星，经由过程引力透镜我们可以发现黑洞，在红外波段、或者可见光波段可以看到白矮星，颠末大量的不雅察统计，我们发现这些天体的总质量没有现有恒星的总质量大。所以依靠它们也不成能填补引力的缺掉。
那么总的来说，就算把此刻已知的所有类型的物质都加起来仍是堵不住质量缺掉的这个洞穴，最多只能诠释所需引力质量的16%。也就是说，之前引力质量比星光质量大了50倍，此刻这个洞穴被我们缩小到了差不多6倍。这申明在宇宙中，还有一些我们不知道的工具，它们比我们已知的所有物质多了快要5倍。
所以说，经由过程大规模的生齿普查，我们没有解决质量缺掉的问题，再加上人们按照螺旋星云中通俗物质分布的环境来看，大部门的物质都堆积在星系的中性区域，越往边缘物质就越稀少，那么按理来说它们的动弹速度会较着的降低，但事实上，即使在没有星光的周边区域，那边的转速并不比中间区域的物质慢。
是以人们就猜测，有一种我们看不见的物质，它们不发光，也不反射任何光线，说白了就是它们没有电磁彼此感化，但它们大量的弥散在星系的四周，构成了一个包抄整个星系的晕带，称为暗物质晕。是它们给星系供给了额外的引力，使得星系的动弹环境看起来仿佛不知足现有的引力理论。
但这时就有人提出了分歧的设法，也就是我们说的第二种解决法子。为什么我们非要感觉本身的引力理论就是准确的？若是引力理论是错的，就没有所谓的暗物质问题了。
在1981年的时辰，科学家“米尔格罗姆”首先提出了这个设法，他认为我们现有的引力理论也只是在太阳系的规模内进行了验证，在大标准上可能并不适用。
就像是牛顿昔时的理论，在强引力场下就需要做出批改，是以有了广义相对论，此刻我们在大标准上在对引力理论做出批改，说不定就会获满意想不到的结果，是以他就提出了一个解决的法子叫“批改牛顿动力学”。简称“MOND”。
其实就是给星系这个系统中的各个部门添加一个额外的加快度，至于这个加快度的大小是几多，可以按照星系动弹曲线给它拟合出来，所以这就是一个纯粹的经验理论。
不外这个法子确实挺好用的，此刻我们看到的这个图片就是'MOND'批改今后引力理论，和NGC1560星系的动弹环境合适的很好。
再看一张图片，图中的红线是暗物质理论展望出来的星系动弹环境，绿线是MOND展望出来的动弹环境，蓝色的误差棒是实测动弹环境。可以看出来，MOND在诠释星系动弹的问题上，甚至比暗物质理论表示得还要好。
那这是不是就意味，批改牛顿动力学就当作功了，是一个准确得科学理论？老同窗应该知道，这还差得远，一个准确得理论不仅需要诠释现有得问题，他还需要诠释旧理论已经诠释得问题，而且提出新得预言，然后获得不雅测实证，所以说MOND想要当作功绝非易事。
事实也证实了，他不成能当作功，因为固然他拟合了星系的动弹曲线，可是却诠释不了星系团的动弹问题，并且MOND也不克不及诠释广义相对论所做出来的所有的展望，好比星光弯曲、引力红移、引力透镜等等这些已经被不雅测证实的现象。
所以说，批改引力理论，在汗青上并没有解决质量缺掉的问题。并且从今朝来看，我们的引力论仿佛也没有啥问题。至于今后会不会被批改，这是后话，至少在暗物质问题上，我们还不克不及拿引力理论开刀。
并且在往后的成长中，人们也找到更多关于暗物质存在的证据，下面我们就大要地领会一下就行了，这些证据都申明了，我们的宇宙中真的有绝大部门的物质是不成见的。
首先第一个证据来自于大爆炸核合当作，以及微波布景辐射中光子的密度，再加上我们从原始气体云中测量出来的氢、氦、氘、氦3、还有锂7的比例，我们就能算出宇宙中重子的密度。进而我们就可以或许知道宇宙中有几多通俗物质了，经由过程这个测量我们也可以或许知道宇宙中的物质总量比通俗物质多了5倍。
第二个证据来自微波布景中的波动模式，好比我们之前说的重子声学振荡，有没有暗物质重子物质城市发生振荡，但有暗物质存在，会表示出分歧的振动模式。具体可以看下之前的文章。
第三个证据来自于宇宙布局的巡天项目，有暗物质的存在可以帮忙物质布局的快速形当作，尤其是小标准上的物质布局，好比一些小型的星系，星系群。那么没有暗物质的话，宇宙中不会存在像麦哲伦星系这样的小布局，也不会有我们的本星系群。就算更大一点的星系团这样的布局也会受到压制。
因为暗物质不与光子发生彼此感化，它可以在小标准上率先快速地堆积，进而促进物质布局的形当作。
其实我们此刻完全可以在计较机上去模拟星系、星系团、以及大标准布局的形当作过程，我们可以肆意地设定模拟程序的初始参数，好比说给此中添加几多通俗物质，添加几多暗物质，设定好最初物质的分布环境，当然这个模拟程序需要遵循已知的引力理论，然后起头模拟。
成果我们就会发现，一个完全不含暗物质的宇宙，跟我们此刻的不雅测事实不符，只要给此中添加了5倍与通俗物质的暗物质之后，模拟成果就会和不雅测事其实统计学上吻合的很好。
所以事实证实了，大爆炸理论要想复现今天的宇宙，就需要存在5倍于通俗物质的暗物质。好了，今天的内容就到这里，下节课我们继续说暗物质，这个话题真的很大，那么下节课我们说一个，关于暗物质最直接的证据，可以说我们已经不雅测到了暗物质所发生的引力结果。
