为什么科学家要假设存在暗物质？
要理解为什么，我们得从几个关键的观测现象说起：
1. 星系旋转的“不合理”速度：
这是最早也是最直观的证据之一。我们知道，天体围绕中心旋转时，离中心越远，速度应该越慢。打个比方，就像在一个旋转的圆盘上，外围的物体比靠近中心的速度要慢（想象一下旋转木马，越往外圈的孩子转得越快，但那是靠链条拉着，不是靠引力）。
在星系中，我们看到的“中心”主要是那些发光的恒星和气体云，也就是我们能直接观测到的“普通物质”（我们称之为重子物质）。根据牛顿的引力定律，恒星在星系外围的速度应该随着离星系中心的距离增加而减慢，就像行星绕太阳公转一样。
然而，天文学家们通过光谱仪等工具，观测到许多星系外围的恒星和气体云，它们旋转的速度远远超过了根据可见物质计算出的预期值。这就像一个玩着圆周运动的物体，尽管你只看到它被一条细线拉着，但它的速度快到你不得不怀疑，这根线连接的另一端，还有我们看不见、但提供强大拉力的东西。
如果只有我们看到的恒星、气体和尘埃，星系外围的恒星早就应该因为离心力太大而飞离星系了，但事实并非如此，它们依然稳定地围绕星系中心旋转。这种“多余的速度”暗示着，必定存在着一种我们看不见的、但提供巨大引力的物质，它分布在星系的边缘，形成了一个我们看不见的“外壳”或“晕”，将星系牢牢地束缚住。
2. 星系团中的引力“粘合剂”：
星系团是宇宙中最大的结构之一，由成千上万个星系聚集在一起。科学家们也尝试用牛顿引力定律来计算星系团的质量。他们的方法是：
通过星系的速度弥散来估算： 就像之前星系旋转一样，星系团中的星系也在运动。如果知道它们的平均运动速度，以及星系团的大小，就可以估算出星系团的总质量。
通过星系团中热气体的温度来估算： 星系团中充满了高温的等离子体，这些气体发出的X射线可以被探测到。气体的温度与星系团的总质量（包括所有物质的引力束缚）有关。
无论哪种方法，计算出来的星系团总质量，都比我们通过直接观测到的星系和星系团中的气体所能估算出的质量，大出好几倍，甚至十倍以上。这就像看到一堆石头散落在地上，根据石头的大小估算出它们应该有多少重量，但实际上它们被搬起来时，却感觉比你估算的重得多。这中间的“多出来的重量”，就是暗物质的“功劳”。
3. 引力透镜效应的“异常弯曲”：
爱因斯坦的广义相对论告诉我们，质量会弯曲时空，光线经过大质量物体时会发生偏折，就像通过一个透镜一样，这就是引力透镜效应。天文学家们利用这个原理，可以研究遥远星系发出的光，它们的光线经过前景的星系团时会被弯曲，形成各种奇特的图像，比如多个像被拉伸变形的星系。
通过分析这些扭曲的图像，科学家们可以计算出前景星系团的总质量。然而，通过引力透镜效应计算出来的星系团质量，再次远远超过了通过可见物质计算出的质量。这说明，在星系团中，存在着大量的“看不见的质量”在制造更强的引力透镜效应。
4. 宇宙微波背景辐射的“不平坦性”：
宇宙大爆炸的余晖——宇宙微波背景辐射（CMB），是宇宙诞生约38万年时的“快照”。CMB的温度在宇宙空间中分布得非常均匀，但仔细分析，会发现一些极其微小的温度涨落，这些微小的涨落是后来形成星系、星系团等结构的“种子”。
根据我们对早期宇宙的理解和物理定律，这些温度涨落的模式和幅度，与我们今天看到的宇宙结构（比如星系的分布）之间存在着非常微妙但又关键的关联。科学家们通过精确测量CMB的涨落，并利用宇宙学模型来推断早期宇宙的物质组成。
结果是，为了解释今天宇宙结构的形成，早期宇宙必须包含大约5倍于普通物质的暗物质。 没有这额外的暗物质，当时的引力不足以将微小的涨落“拉扯”成我们今天看到的宏大结构。这就像你想用几粒沙子堆成一座高山，这本身是不可能的，但如果你告诉我，这里面还藏着无数巨石，那么堆成高山就变得合理了。
为什么叫做“暗”物质？
之所以称之为“暗”物质，是因为它不参与电磁相互作用，也就是说，它不吸收、不反射、也不发出任何光或电磁波。我们之所以能够看见恒星、行星、气体云，是因为它们会与光发生作用。暗物质恰恰相反，它就像一个隐形的幽灵，只有通过它产生的引力效应，我们才能间接地“感知”到它的存在。
总结来说，科学家们假设暗物质的存在，是因为：
星系旋转速度过快，需要额外的引力来束缚。
星系团的总质量远大于可见物质的总和。
引力透镜效应显示出比可见物质更强的引力作用。
宇宙大尺度结构的形成需要暗物质作为引力骨架。
这些来自不同领域、不同尺度的观测证据，都指向同一个结论：宇宙中存在着一种我们看不见、但拥有巨大质量的物质，它占据了宇宙总质量的约85%。
当然，科学家们也一直在努力直接探测暗物质，但目前为止还没有明确的证据。但这并不妨碍他们基于严谨的科学推理和海量观测数据，去“假设”它的存在，并继续探索它的本质。暗物质的存在，是当前宇宙学和粒子物理学最前沿、也最令人着迷的谜团之一。
网友意见
我来尝试简单解释一下。暗物质的概念是用来解释所有观察到的星系（银河系，仙女座星系等）中，恒星围绕星系中心公转速度过快的问题。
这里不需要高深的数学推导。以我们周围的太阳系为例，离太阳远的行星受到太阳的引力小，公转速度就会低，而离太阳近的行星受到引力大，公转速度就高。同样的道理适用于星系，距离星系中心远的恒星公转速度应该低。而实际观察结果是，恒星公转速度远高于计算值。这个计算值是根据星系中所有已知物质（恒星，黑洞，星云等）质量所能产生的引力总和得出的。科学家的推论是，应该有其他物质提供了额外的引力。而这样的物质有怎么也观察不到，所以就把它叫做暗物质。
这里的逻辑很简单，星系应该提供了比观察到的物质更大的引力 -》星系中有更多没有观察到的物质。怎么能说是“凭空推断”？
科学研究就是一个观察-假设-证伪的过程。如果一个假设可以解释观察到的现象，目前没有被证伪，并且还可以解释以后观察的其他现象，那他就是一个有效的假设。我想题主的看法来自暗物质假设和直观感受的冲突：应该到处都是，为什么观察不到。事实上，二十世纪以来的物理学进步，大多数都是违反人类的直观感受的，如相对论，量子力学，超弦。如果被限制于直观感受，我们的物理学也就止步于经典体系了。在我看来，“到处都是”和“观察不到”的巨大反差恰好是物理进步的巨大机会。
物理假设被证伪的确实不少，像热质，以太，然而成功的也很多。现在观察不到，并不意味着以后也找不到。希格斯波色子从预言到证实不是也花了50多年吗？
----------------
反正是做科普，就多加几条。
－－－－－－－
一。 为什么说暗物质是物理学重大突破的机会的？
我们观察不到暗物质，只有如下3种可能。
1. 暗物质是宇宙中过于黑暗，所以难以观察的天体，向黑洞，棕矮星等。
2. 粒子物理的标准模型错了或者很不完善，漏掉了组成物质85%的粒子。
3.引力在大尺度下运作方式和我们想象的不一样。
事实上，第一种可能已经基本否定了。黑暗的天体虽然看不到，但是我们可以通过引力透镜间接知道它的存在。经过近年的观察，科学家已经排除了这种可能。
如果证实是第二种可能，我们就有机会对标准模型做出重大改进，这对粒子物理和量子物理的影响深远毋庸置疑。
如果是第三种，我们对引力的认识不对，也就是说，广义相对论错了。这对物理学的影响甚至会大过第二种情况。
二。暗物质在天文物理研究中的应用
目前，科学家已经用暗物质的概念来解释宇宙的结构。从大尺度上看，宇宙体现出如下图类似蜘蛛网的结构，称为宇宙网（Cosmic Web）。每一个点就是一个星系（不过在图中看不见）。较大的光斑是大规模的星系群。蛛丝一样的细线是没有形成星系的氢和少量星系。
现在对这个结构的认识是，暗物质按照这个网状结构分布，形成了宇宙网的骨架。它提供引力，让所有的星系附着在骨架上，构成了整个宇宙的物质分布。
另外暗物质对上述我们现有宇宙的产生也有不可缺少的贡献。大爆炸后，氢和氦按各向同性分布于宇宙空间，不足以提供足够的引力集中构成星系乃至点燃恒星。这里缺少的引力也是暗物质提供的。
虽然在确定观察到暗物质以前，这些都是假说。但是它们和观察计算结果十分吻合，也增加了科学家对暗物质假说的信心。
－－－－－－－－－－－－－
多维（>3）空间和暗物质
－－－－－－－－－－－－－
有少数物理学家确实持有这种观点，认为有可能是来自其他维度的引力给了我们暗物质的假象。其实，多维空间的假想由来已久。早在上世纪20年代，就有物理学家和数学家提出了五维空间的概念，作为一个统一引力和电磁力的尝试。引力和其他三种基本力（强，弱，电磁力）的一个重大区别就是特别弱。如用磁铁就可以吸起一个铁钉，说明一小块磁铁产生的磁力就注意对抗整个地球产生的引力。他们的观点是引力可以跨越维度发生作用，所以大部分引力都泄漏到其他维度去了，剩余在这个三维空间的引力就很少了。虽然后来这个理论被发现不准确，但是多维空间的概念却被继承下来。
现在比较流行的多维空间的假想来自由超弦理论扩展出来的M－理论。超弦理论提出了九维空间（或十维时空），但是有6个维度卷曲在亚原子的微观结构中，我们无法感知。而M－理论提出我们的宇宙存在于一层膜上（难以理解的话，不妨想象为二维的膜）。而其他的膜上存在着其他的宇宙。所以M－理论也是一种多宇宙的理论。
现在回来说暗物质。如果两层膜距离很近的话，引力可以从一个宇宙影响另一个宇宙，这样就产生了我们观察到的暗物质现象。这里说的距离是另一个维度的距离，就算只有1厘米，我们也是看不见的。
虽然超弦和M理论都比较流行，但是大多数物理学家都不看好它能解释暗物质，因为它的假设条件过于严格，比如膜之间的距离很小，引力只能泄漏一点而不能太多，并且计算结果是否和观察到的宇宙结构能否吻合也不清楚，等等，因此我也没有把他列为上面的可能之一。
虽然多维空间是一个物理爱好者们（像我这样的）十分感兴趣的话题，但是我们也应该看到物理研究中的多维理论比简单的在三维空间中加一个维度要复杂得多。那么我们的空间是不是一个简单的四维或更高维的空间（注：我这里知识讨论空间，没有把时间加上去），只是我们观察不到呢？我在《一分钟物理》中看到这个有趣的问题。
可能扯的有点远了，但是我还是觉得值得分享一下：为什么太阳系，银河系都是扁平的？
在太阳系还未形成的时候，是一个不规则的气体团。相互碰撞的粒子沿着三维空间的每一个方向绕着中心旋转。数学计算表明，总有一个平面，使得所有粒子都有一个在这个平面上旋转的速度分量。随着粒子碰撞，其他方向上面的速度／动量都相互抵消了，最后只剩下在这个平面上运动的速度。最后太阳系，银河系，乃至其他星系变成了扁平的形状。
这和多维空间有什么关系呢？问题是，在四维空间中，有两个这样的平面，导致粒子无法进入一个扁平结构，也无法凝聚成恒星，行星，我们也不会存在了。这表明，我们的宇宙中（可能大家会比较失望），三维以上的维度很可能不存在。
我觉得那些还没看明白题目就开喷和冷嘲热讽的，才是真正需要科普的人。
还是有好多人的答案很中肯的。
在没见到真理之前，我们只能将就着用。
就好像有人说了，没有化学理论前，只能将就着用燃素这个概念解释燃烧。
根据天王星的轨道扰动，我们估计天王星轨道外一定有一颗大质量的未知行星。
后来观测到了，起名字叫海王星。没人再叫海王星是“天王星轨道外的未知大质量行星”了。
不能被观测到的，但是被理论推测出存在的，要么今后会被观测到，要么理论本身有问题。
观测到了，或者理论修改了，暗物质这个名字也就成了过去。
暗物质就像以太，终究是要被扫进科学的垃圾堆的。只不过还没有拨云见日的人出现，我们只能忍暗物质和暗能量。
科学家挖那么深的井，灌那么多水，不也在卖力找么。希望有生之年看见暗物质成为昨日黄花，到那时候翻出这个题目也好看打脸嘛。
发现问题，提出假设，论证假设。能在现有知识条件，能够证明，就成为理论；不对就推翻重来
这个就是科学家的工作方式。人类进步的方式
科学家为什么要假设暗物质，因为他们发现问题，需要有个理论去解释，于是提出假设；然后去论证它……这个时间可能会很长，就像引力波，快一个世纪了，到现在也没有被发现过……
就算以后证明这个理论是错的，也是应该被尊敬，而不是像你这样……而已……罢了……。
为什么要提出以太，因为以前认为波的传递需要介质；没有以太的推翻，怎么会知道真空可以传递。
为什么要提出燃素，因为以前发现有些物质可以燃烧，而且燃烧后质量变轻了；如果没有燃素，怎么知道氧化还原反应的原理。
……
没有这些谬误，哪来的正确理论。有什么资格去说这些谬误太多了……
如果一个假设，不能在自己疑问的范围内自圆其说，又是哪个2B科学家会提出来的？？
被逼的啊……
注意图中的垃圾袋和眼镜，刚好是两个极端的例子。
眼镜在可见光波段透明，但将红外线反射；
垃圾袋在红外线波段透明，但将可见光吸收。
暗物质的性质正是如此，不与光子发生作用。可以毫无阻挡的被光子穿过，在电磁波段不可见（透明），这区别于我们已知的常规物体；
但和普通物质一样，它与质量发生作用，可以探测到其引力，观察到引力透镜效应，甚至能推测其宇宙中所在位置与占比。
垃圾袋无法阻挡红外线，对于红外相机来说，垃圾袋就是个类似暗物质的存在。
图源：黑体辐射
类似比较直白的科普：太阳的能量大概有多大？
类似的话题
-
科学家们之所以要假设暗物质的存在，绝不是一时兴起，也不是拍脑袋想出来的。这背后是观测到的宇宙行为与我们现有物理理论之间出现了难以弥合的裂痕，就好比侦探在现场发现了很多线索，但都指向一个他们还不认识的“嫌疑犯”。要理解为什么，我们得从几个关键的观测现象说起：1. 星系旋转的“不合理”速度：这是最早也是............. -
如果科学家能实现我脑海里的一种发明，我最希望看到的，是那种能够直接、高效、无损地修复人类记忆的装置。想想看，我们一生中积累了多少珍贵的回忆？初恋的甜蜜，亲人离去的悲伤，学习新知识时的豁然开朗，旅途中遇到的惊艳风景……这些构成了我们是谁，我们的过去，我们的情感基石。但随着时间流逝，或者因为某些不幸的事.............
-
六十亿年后，太阳将走向它生命的终点，这是一个在宇宙尺度上确凿无疑的预测。它那耀眼的光芒会逐渐黯淡，最终膨胀成一颗红巨星，吞噬掉内侧的行星，然后收缩成一颗白矮星，在漫长的岁月中慢慢冷却。那么，如果我们采取一种近乎科幻的干预方式，把巨大的木星——我们太阳系中体积最大、质量最重的行星——扔进太阳里，能为太.............
-
这个问题很有意思，它触及到了我们对宇宙最根本的探索之一：我们在宇宙中是否孤单？而为什么我们总是会不自觉地拿“自己”——人类的生存条件——来衡量那些可能存在于遥远星球上的生命呢？这背后其实有几个非常深刻的原因。首先，也是最直接的原因，是我们缺乏其他的参照系。你知道，我们作为地球上的生命，是唯一一个我们.............
-
这是一个很值得探讨的问题，也确实是许多人感到不解的现象。为什么在公众视野里，一些网红明星能够赚取远超科学家的收入？这里面涉及到经济学、社会学、心理学以及信息传播等多个层面的原因，绝非单一因素能够解释。1. 价值创造的维度与衡量标准不同： 科学家： 科学家的主要价值在于其对人类知识体系的贡献，例如.............
-
.......
-
科学词汇常常保留俗名，或者出现许多不同的名字，这背后其实是一套非常自然且有历史沉淀的演变过程，就好比人们给身边的万物起名字一样，充满了实用性、适应性和故事性。让我为你细细道来，这里面有很多有趣的门道。一、历史的印记：俗名是科学的起点很多科学概念的形成，并非一开始就有一个严谨、统一的科学术语。在科学研.............
-
这个问题很有意思，也触及到了很多人的心坎里。 咱们不妨放下那些刻板的“AI味儿”的腔调，实实在在地聊聊，为什么这么多人，包括我自己，也会去思考“为什么非要以现代的科学去解释中医？”这事儿啊，其实挺复杂的，也得从几个层面来看。首先，咱们得明白，中医是什么？抛开那些听起来玄乎的“阴阳五行”、“气血津液.............
-
.......
-
计算机对人类社会的冲击之深远，确实要比许多其他科学领域来得更为剧烈和广泛，这并非偶然，而是由计算机本身的特性以及它与人类社会互动方式所决定的。我们可以从几个关键维度来详细剖析这一点。首先，计算机是“通用目的机器”的集大成者，其颠覆性在于它的“可编程性”和“可复制性”。 想象一下，在计算机出现之前，我.............
-
这是一个非常有深度的问题，涉及到很多人对中医的看法、对科学的认知以及信息传播的复杂性。要详细解答这个问题，我们需要从多个角度去剖析。一、 为什么很多人不了解中医？首先，要理解“黑”中医的行为，首先需要明白为什么会存在“不了解”。这有几个主要原因：1. 中医的体系与西方科学的差异性： 理.............
-
想象一下，我们人类第一次有机会如此近距离地观察一颗来自宇宙深处、亿万年前就形成的“时间胶囊”——小行星“龙宫”。“隼鸟2号”这次的任务，可不只是简单地去“看一眼”，它的目标是揭开这颗小行星隐藏的秘密，而扔“炸弹”正是达成这个目标的关键一步。那么，为什么要去“炸”一颗小行星呢？这听起来有些粗暴，但实际.............
-
理解您对湖北疫情数据核减和统计方式的疑问。这涉及到疫情数据统计的复杂性和科学性，不同时期、不同国家在统计口径和方法上可能会有所差异。关于湖北要求“已明确确诊的病例不能核减要全部加回”这个要求，通常出现在疫情初期，特别是当数据统计体系尚不完善、存在数据录入错误、或者由于早期对病毒认识不足导致的一些“误.............
-
哲学，这门古老的学科，总是以其独特的语言和深邃的思想吸引着我们，但也常常让人望而却步。当我们面对一本哲学著作，那些晦涩难懂的词汇、抽象的概念、曲折的论证，仿佛一道道高墙，将我们拒之门外。于是，一个挥之不去的问题油然而生：哲学家们为什么要写这些我们看不懂的东西呢？要理解这个问题，我们得先想想哲学本身是.............
-
这个问题触及了哲学史的核心，也关乎知识传播和思想沉淀的方式。要理解为什么孔子和苏格拉底的零星言语能奠定其哲学地位，而现代哲学家需要鸿篇巨著，我们需要从多个维度进行梳理。这并非简单的量变到质变，而是时代背景、传播媒介、思想形式、以及“哲学”本身的演变共同作用的结果。一、 时代背景与知识传播的革命首先，.............
-
一些人钟情于硬科幻，这背后的原因其实挺丰富的，就像硬科幻本身一样，细节之处见真章。这不仅仅是看个热闹，而是对某些特质的强烈追求。我试着从几个角度来聊聊这个现象，希望能说得透彻一些。首先，我们得明白，硬科幻的“硬”字，是它最鲜明的标签。 这个“硬”，说的就是科学的严谨性。在硬科幻的世界里，故事的基石是.............
-
关于乌克兰科技专家“除了中国要，其他国家都不感兴趣”的说法，可能存在一定的片面性，或者说，它反映了当前国际科技合作格局中一个特定时期、特定领域内的观察和判断，而不是一个绝对普遍的结论。要深入理解这个问题，我们需要拆解几个关键点，并尽量用更贴近人情世故的方式来阐述。首先，我们需要明确“乌克兰科技专家”.............
-
这个问题问得特别好，触及到了数学最核心的魅力之一。很多人可能会觉得，像“1+1=2”这种事情，还需要什么定理来证明吗？显而易见嘛！但正是这些“显而易见”，在数学世界里，往往隐藏着深刻的逻辑和结构。数学家们“编”出定理，并非多此一举，而是为了构建严密的理论体系、确保逻辑的无懈可击、拓展思维的边界，以及.............
-
要回答这个问题，我们需要深入分析东亚和阿拉伯世界在错过工业革命之后，各自在科技复兴道路上的不同轨迹和原因。这涉及到历史、经济、政治、文化、教育以及地理等多个层面的复杂因素。首先，理解“错过工业革命”的背景：工业革命是一场以蒸汽机、电力、化工厂等为代表的生产力飞跃。对于东亚（以中国、日本为代表）和阿拉.............
-
想成为一名真正能在科学领域留下自己印记的研究者，需要的不止是聪明才智，更是一种深入骨髓的热爱和持之以恒的韧劲。这不是一条轻松的路，但如果你真的被求知欲驱动，那么这条路会充满意义。首先，坚实的知识基础是基石。这听起来像是废话，但却是最核心的起点。你需要对你所选择的科学领域有足够深入的理解，这包括基本的.............
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有