什么是暗物质？

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暗物质究竟是什么东西？

♛科学家们一直认为有一种看不见物质在维系着宇宙。下面是描述暗物质的特性的说法。之所以叫它“暗物质”而不是物质。就是因为它与一般的普通物质有着根本性的区别。普通物质就是那些在一般情况下。能用眼睛或借助工具看的见、摸得着的东西。小到原子、大到宇宙星体。近到身边的各种物体。远到宇宙深处的各种星系。普通物质总是能与光或者部分波发生相互作用。或者在一定的条件下自身就能发光、或者折射光线。从而被人们可以感知、看见、摸到或者借助仪器可以测量得到。但是暗物质恰恰相反。它根本不与光发生作用。更不会发光。因为不发光又与光不发生任何作用。所以不会反射、折散或散射光即对各种波和光。它们都是百分之百的透明体!所以在天文上用光的手段绝对看不到暗物质。无论你用无线电波、电磁波、红外射线、γ射线、x射线。这些东西对暗物质毫无作用。正是由于具有不被人们的感知所感觉。也不被各种仪器所观测。科学家为此将其区分普通物质和这种特殊的物质。将其定义为“暗物质”。

♛说到这里不得不提及另外一种与暗物质有着千丝万缕联系的东西。人们称之为“暗能量”。暗能量相比暗物质更是奇特的有过之而无不及。因为它只有物质的作用效应。而不具备物质的基本特征。所以都称不上物质。故而将其称之为“暗能量”。暗能量也是一种被人们感觉不到。也无法测试到的。都是通过人们的理性思维来预测存在的东西。

♛暗物质和暗能量被认为是宇宙研究中最具有挑战性的课题。它们代表着宇宙中的90％以上的物质含量。而如今地球人类可以用眼睛看到的物质只仅占宇宙总物质的10％不到(约5％)。由于暗物质无法观测得到。现在的天文学家都是通过“引力透镜”、宇宙中大尺度结构形成、微波背景辐射等发现暗物质它干扰星体发出的光波或引力。其存在能够被明显的感受到的。

♛ 引力透镜:它是引力场源对位于其后的天体发出的电磁辐射。所产生的会聚或多重成像效应。因类似凸透镜的汇聚效应因而得名。引力透镜效应是阿尔伯特爱因斯坦的广义相对论所预言的一种现象。由于时空在大质量天体附近会发生畸变。使光线在大质量天体附近发生弯曲(光线沿弯曲空间的短程线传播)。如果在观测者到光源的视线上有一个大质量的前景天体。则在光源的两侧会形成两个像。就好像有一面透镜放在观测者和天体之间一样。这种现象称之为引力透镜效应。对引力透镜效应的观测证明阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论确实是引力的正确描述。

其他观点：

根据现代天文学。我们所能看到的行星、恒星、星系等普通物质只占宇宙的4.9%。另外还有普通物质5倍的暗物质。我们只能探测到它们的引力作用。而无法通过电磁学手段直接观测到它们。在20世纪70年代。天文学家在观测星系的自转速度时发现。星系的自转速度并没有随着远离星系的中心而逐渐降低。而是几乎保持不变。星系边缘和靠近星系中心的自转速度相差很小。这种现象十分反常。按照引力理论。距离中心越远。受到的引力作用越弱。则旋转速度应该也越小。然而。星系边缘的旋转速度很快。星系的引力根本无法维持这样的运动。它们早应该脱离星系才对。这只能说明星系中还存着一种巨大的引力源。能够使星系的自转产生如此反常的现象。天文学家把产生这种引力的物质称作暗物质。

后来的观测结果进一步暗示了这种神秘物质的存在。根据广义相对论。光线在经过强引力场时将会发生弯曲。我们将会观测到扭曲的图像。这被称作引力透镜效应。天文学家在测量由星系产生的引力透镜效应时发现。星系中普通物质产生的引力所能导致的光线偏折远低于观测结果。这也能暗示星系中存在大量的暗物质。

暗物质是笼罩在现代物理学上空的两朵“乌云”之一（另一朵是暗能量）。如果发现暗物质。其意义不亚于发现引力波。遥想20世纪初。从笼罩在经典物理学上空的两朵“乌云”中分别诞生了相对论和量子力学。由此引发了物理学革命。奠定了现代物理学的基础。目前。我国“号”卫星正在探测宇宙中的暗物质粒子。这是目前性能最为强大的暗物质探测卫星。根据“号”最近的观测结果。可能发现了一种新的粒子。或许就是天文学家苦苦寻找的暗物质粒子。有关进一步的结果。让我们拭目以待。

其他观点：

暗物质到底是什么？

“暗物质到底是什么？”。客观地说。我们现在还不知道暗物质是什么。否则我们也不会把它叫做暗物质了。可能要你要问题了。

为什么还会有暗物质这个概念呢？

这其实是理论和实际观测过程中发现的巨大差距所导致的。具体来说是这样。上世纪30年代。两位天文学家先后发现了。星系中的恒星的移动速度大于理论值。

我们可以举个简单粗暴的例子。就说咱们所在的太阳系吧。太阳系其实是绕着银河系的质量在做运动。

同时。在上初高中甚至是大学物理课时。我们都有接触过牛顿的万有引力定律。根据牛顿的力学体系。我们可以计算出太阳的绕着银河系质心运动时的具体速度。算下来大概是160km/s。结果呢。实际上观测结果却是240km/s。

这个问题的出现让科学家开始思考到底是哪里出了问题。我们也可以思考一下。这样的情况可能是什么原因导致？

很多人的第一反应是理论错了。但是牛顿的万有引力定律200多年来。在预测天体的运动时都精确不比。甚至科学家用牛顿力学还能预言海王星的存在。直到近现代。航空航天也还在大量运用牛顿力学。有些探测器在长达数年的航行中。最终达到预定地点和计划的时间差都在秒级。如果牛顿力学是错的。是不可能有这样的精准度。

那还有一种可能性。根据牛顿力学。运动速度越快。就需要越大的引力。这就意味着需要额外的质量来提供额外引力。所以可能存在着某种我们看不到的物质提供了这个额外的引力。

那这种猜想靠谱么？实际上。理论上是有可能的。这里就要提及宇宙中的四大作用力。分别是强力。弱力。电磁力和引力。

他们就想万物的粘合剂。让物质粒子可以聚合在一起。所以物质和物质之间就是依靠这四种相互作用。其中强力最强。电磁力次之。弱力排在第三。引力是最小的。

而我们在观测天体时用到的是电磁波。也就是利用的电磁相互作用。也就是说。如果存在不参与电磁相互作用的物质。我们就会很难观测到它。比如：中微子就属于这一类。中微子不参与强力和电磁力。由于每秒钟有10万亿个中微子穿过我们的身体。但我们根本无法察觉到。所以。这个提供额外引力的物质应该也是不参与强力和电磁相互作用的。只参与弱相互作用和引力。而由于弱相互作用发生的概率极其低并且强度也很小。引力强度则是十分小。因此。我们很难能够观测到。我们也被这种物质叫做暗物质。

暗物质在哪里？

按照目前对于暗物质的相关研究来看。我们就主流的理论：冷暗物质模型。

这里的“冷”指的是构成暗物质的粒子运动特别缓慢；根据最新基于宇宙微波背景辐射的研究以及理论计算。我们可以知道暗物质的总量大概比于已知物质总量的5倍还要多。

因此。基于这两个点。科学家预计暗物质是大量存在的。并且广泛存在于宇宙空间当中。说白了。我们都被包裹在暗物质当中。只是我们看不到他们而已。（下图中。蓝色部分就是暗物质。）

暗物质有什么用？

目前基于对暗物质的研究。暗物质将会有什么用处。产生什么样的影响力我们还无法预知。但我们知道现在的宇宙的样子是离不开暗物质的。

首先是在宇宙2亿岁时。也就是距今136亿年前后。宇宙中第一批恒星在分子云的引力坍缩后逐渐形成。但是根据计算发现。可能当时的物质间的引力还不足以使得分子云聚合成恒星。是由于暗物质的存在。提供了额外的引力。恒星才得以形成的。

其次。同样的问题出现在了星系上。目前来看。早期的星系能够形成也是仰仗着暗物质。而且这种情况持续至今。如果暗物质突然消失。那么星系就会崩盘乃至散架。

因此。暗物质的作用就像是恒星。尤其是星系的粘合剂。

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