暗物质占宇宙80%以上,它到底是什么?这个比喻非常形象
1922年,天文学家卡普坦通过观察宇宙中星系运动的间断现象提出一种猜想:宇宙中很可能大量存在着一些不可见的物质,这是天文学届首次提出暗物质存在的可能性,1933年,天文学家兹威基在观察宇宙红移现象后进行数据分析,宇宙红移是指:宇宙远方星系发出的光线,相比较于地球上发出的光线进行光谱分析,远方星系光谱向长波方移动,进而得出宇宙正在加速度膨胀,这是宇宙大爆炸理论的重要证据之一,兹威基发现星系因质量而产生万有引力根本无法将星系束缚在现有位置,因此兹威基提出一种全新的猜想:宇宙中一定存在着大量的暗物质,暗物质的质量应该占宇宙总质量的70%—80%以上。
随后,各国的天文学家展开了长达半个多世纪的论证暗物质存在的学术活动,但遗憾的是没有一位天文家成功,可这次论证暗物质存在的活动并非一无所获,天文学家们通过一次次的失败得出了一些关于暗物质的共性。
例如:
1、暗物质是束缚星系运动的主要力量,所以暗物质参与了引力相互作用,这最起码说明暗物质是拥有质量的。
2、暗物质的性质应该是相对稳定的,它不参与电磁相互作用,也就是说暗物质与黑洞一样不发光、也不向外反射光,所以我们无法直接观察到它。
3、组成暗物质的基本粒子是一种惰性粒子,而且肯定不是人类目前所发现的任何一种已知粒子
4、宇宙中暗物质的质量要大于及远大于可见物质的质量。
暗物质本质是什么
宇宙中存在不发光的物质本身并没有什么了不起。人们早就知道宇宙中包含大量的不发光的气体,这些气体四分之三是氢元素,四分之一是氦元素,都是宇宙大爆炸初期合成的。由于自身的引力作用,气体会慢慢聚集在一起形成气体云,并进一步密集,最终塌缩。当气体云中心的密度超过热核反应的临界密度,恒星就被点亮了。
但恒星远没有用尽宇宙中的氢氦元素,星系中可能存在大量这样的气体,不少人猜测也许它们的质量足以束缚星系外围的恒星,使得它们老老实实地带在星系中不逃离出去。
然而在七十年代,星系团的观测有了新的进展。人们观测到了星系团中的气体。这些气体的温度非常高,达到了107度,这使得它们可以发出X-ray辐射。通过X-ray卫星观测,人们就可以估计星系团中气体的质量,而这一质量惊人地达到了恒星质量的5倍。但这些新发现的气体却并不能为消失的质量负全责。
事实上,热气体的发现反而加剧了质量缺失问题,因为这些气体温度太高了,如果没有强大的引力势阱束缚,这些气体就会在很短的时间里从星系团中逃逸殆尽。而束缚这些气体所需要的物质量,又是这些热气体质量的10倍左右。
那么暗物质是什么样
在70年代暗物质存在被肯定的时候,科学家们一度认为中微子就是暗物质的真身。因为在大统一理论建立后,物理学家们意识到理论上中微子可以具有质量。而七十年代末的实验测量更是显示中微子质量可能在30eV左右。
这些测量在现在看来显然是高估了中微子的质量,但却在当时使得人们把中微子看做暗物质最可能的候选者。这样质量很小的粒子,在宇宙早期具有极高的动能,因此被称作“热暗物质”。但与此相对的,理论学家也提出数种“冷”暗物质的候选者。 相比热暗物质,冷暗物质粒子的质量要大的多,在宇宙早期的速度非常低。
可能说到这里,大家会产生这样的疑问:暗物质人类既不能观测它,也无法感知它,它是否存在也是一个未知数,而且暗物质所表露出来的特质对于我们的理解来说也过于抽象,那么接下来我就给大家举一个例子。
鱼儿在海洋中生存,鱼儿所生存的海洋就相当于人类所生存的宇宙,人类作为一个旁观者来说,人类是可以感知到海洋的存在的,但是对于鱼儿来说,鱼儿并不能感知到海洋的存在,也就是并不能感知到它所生存的环境的特殊性,鱼儿只能感知到海洋中食物的存在,但是食物的质量与海洋的质量相比实在是太过于渺小,甚至连百万分之一都不到,但正是这百万分之一的食物极其重要,它决定了鱼儿的生死存亡。
在某种意义上来说,我们就是海洋中的鱼儿,我们能感知到的宇宙不足宇宙真实面貌的百分之一,但正是这百分之一对于人类来说至关重要,人类已经认知的百分之一决定了人类的生死存亡,而宇宙剩余的百分之九九,人类是感知不到的,但人类感知不到并不代表它不存在,暗物质就是人类无法感知、但真实存在于宇宙之中的物质,暗物质是宇宙的框架,它支撑了整个宇宙的平衡。
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