宇宙的組成是什么?在宇宙中,除了人們常見(jiàn)的各種發(fā)光的星球、星系、星系團(tuán)、類(lèi)星體……等等發(fā)光的天體,是否還存在著不發(fā)光的天體,或物質(zhì)?
在宇宙中是否還存在不發(fā)光物質(zhì)、不發(fā)光的天體?這似乎是不成問(wèn)題的問(wèn)題。例如,在太陽(yáng)的周?chē)?大行星,有月亮這類(lèi)的衛(wèi)星。這些行星或衛(wèi)星自身并不發(fā)光,它們僅能反射光。其實(shí),所謂發(fā)光物質(zhì)只不過(guò)是這種暫時(shí)不發(fā)光的物質(zhì)處在高溫、高壓環(huán)境的狀態(tài)而已。所以,在宇宙中是否存在不發(fā)光物質(zhì)的問(wèn)題,似乎是這些會(huì)發(fā)光物質(zhì)所存在的狀態(tài)的問(wèn)題,問(wèn)題是它們?cè)谟钪嬷兴加械谋戎厝绾??如果把宇宙中存在于不發(fā)光狀態(tài)的常見(jiàn)物質(zhì),如質(zhì)子、中子、電子等占發(fā)光狀態(tài)的比重問(wèn)題,僅僅歸結(jié)為在其他星系中是否存在著行星、衛(wèi)星等,那還不是十分重要的問(wèn)題。因?yàn)?大行星加上可能的彗星,其總質(zhì)量還不到太陽(yáng)的1%,更為重要的是處在不發(fā)光狀態(tài)的常見(jiàn)物質(zhì),是否在總質(zhì)量上比發(fā)光的星體多一個(gè)量級(jí),還是他們只占微不足道的分量,或是彼此差不多,如此等等。因?yàn)檫@涉及天體或星系團(tuán)演化的基本規(guī)律。而更為重要的問(wèn)題是,宇宙中是否除質(zhì)子、中子、電子等“會(huì)”發(fā)光的物質(zhì)以外,還存在著在原則上就不會(huì)發(fā)光的物質(zhì),或者說(shuō),它們自身不僅不能發(fā)光,而且也不會(huì)反射、折射或散射光,亦即對(duì)各種波長(zhǎng)的光,它們都是百分之百的透明體!它們就是神秘的暗物質(zhì)。
許多宇宙論學(xué)家認(rèn)為,宇宙中會(huì)有占90%以上暗物質(zhì)的存在。如果宇宙中存在著那種原則上不能發(fā)光的非常見(jiàn)物質(zhì)的暗物質(zhì),那么,宇宙中包含的暗物質(zhì)的多少,就決定了或至少是影響了宇宙是封閉宇宙還是開(kāi)放宇宙。所謂封閉式的宇宙,就是指現(xiàn)今的宇宙膨脹達(dá)到相當(dāng)長(zhǎng)的一個(gè)時(shí)間后(例如800億年),會(huì)由于萬(wàn)有引力使宇宙由膨脹而收縮,這又稱為振蕩式的宇宙;如果宇宙膨脹速度超過(guò)萬(wàn)有引力所引起的阻力,而無(wú)限地膨脹下去,這就稱為開(kāi)放式宇宙??梢?jiàn)暗物質(zhì)對(duì)宇宙的影響是非常大的。那么,到底有沒(méi)有暗物質(zhì)呢?
盡管暴脹宇宙論對(duì)暗物質(zhì)問(wèn)題提出了非常有趣的假說(shuō),但從天文觀測(cè)的角度說(shuō),這一可能存在有暗物質(zhì)的假說(shuō),只不過(guò)是理論學(xué)家們的推測(cè),在天文觀測(cè)上并沒(méi)有給出堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是,近來(lái),在10米的天文望遠(yuǎn)鏡上進(jìn)一步觀測(cè)遠(yuǎn)河外星云,測(cè)出其中的氘核和氫核的豐度的比值比過(guò)去所知的數(shù)值約大了一倍以上。從這一數(shù)值中已經(jīng)可以確定在星系四周的“暈”中,必定有非常見(jiàn)物質(zhì)形態(tài)形成的暗物質(zhì)!這是和暴脹宇宙論假定無(wú)關(guān)的,而僅由天文觀測(cè)值所直接得出的結(jié)論。就是說(shuō),宇宙中存在著暗物質(zhì),已是確鑿無(wú)疑的事情。
暗物質(zhì)存在與否,雖然已經(jīng)得到初步證實(shí)。但暗物質(zhì)將由什么樣的物質(zhì)所形成?它們是什么樣的粒子或是場(chǎng),或是二者的統(tǒng)一,仍然需要進(jìn)一步的研究。宇宙論的理論認(rèn)為,暗物質(zhì)可能有兩種形態(tài),一種稱為熱暗物質(zhì),即在宇宙形成物質(zhì)世界時(shí)期,暗物質(zhì)的候選者仍然保持其相對(duì)論性粒子狀態(tài);另一種稱為冷暗物質(zhì),即在宇宙形成物質(zhì)世界時(shí)期,暗物質(zhì)的候選者已經(jīng)是非相對(duì)論性的粒子。這兩者將在宇宙演化過(guò)程中起著不同的作用,但都不能沒(méi)有。如何探索、尋找和研究已被天文觀測(cè)所證實(shí)的暗物質(zhì)?這是21世紀(jì)科學(xué)的又一難題。