云上小悟
首页   关于   小悟志   栏目   标签   文章   归档   友链   联系

   云上小悟  +  

当前位置 : 首页 » 太阳系 » 暗物质是什么? 正文

暗物质是什么?

太阳系 / by: 麦新杰 / 发布:2016年4月16日 / 21次阅读 / 暂无评论
标签:探索宇宙   / 最后修改时间: 2016-04-16 13:42:17

太阳系 / 2016年4月16日 / 21次阅读 / 标签:探索宇宙  


暗物质是什么?

所谓暗物质,是指不发射任何光及电磁辐射的物质,目前人们只能通过引力产生的效应得知其存在。长期以来,暗物质和暗能量都被认为是笼罩在 21 世纪物理学上的两朵“乌云”。天文学家推测,宇宙中最重要的成分是暗物质和暗能量,暗物质占宇宙的25%,暗能量占 70%,通常所观测到的普通物质只占宇宙质量的 5%。也就是说,我们的宇宙大部分由看不见的物质组成。“宇宙中所占比例最多的东西反而是人类最迟也最难了解的,至今仅知道它们的存在,但还不清楚它们的性质。”科学家认为,暗物质是宇宙大爆炸的产物,在宇宙演化中起着决定性作用,同时也决定着宇宙未来的命运。

那些看不见的东西才是天空真正的秘密。

了解一些你看不见的东西是很难的,暗物质既不发光也不吸收光,和光没有任何相互作用。它所谓的“看不见”,不单单是说用我们的肉眼在可见光波段看不见,而是说不论探测什么波段的电磁波,比如红外线、紫外线、X 射线、伽马射线等,都看不到它。

但是科学家知道它们存在。上世纪 30 年代,加州理工学院教授弗里茨·兹威基(Fritz Zwicky)观
看邻近的星系时发现了一些奇怪的东西。他研究星系团的运动,对星系团里有多少物质做了估算,然后对比人们能看到的物质数量,结果发现那些星系都转得太快了,如果仅仅用它们内部所含的物质来计算,巨大的离心力应该早就让它们分崩离析。如果宇宙中的每一个星系都像一个旋转木马,它们转动得太快,上面坐着的游客们应该都会飞出去才对。

所以其中一定有其他物质在影响星系的运动,那是什么呢?兹威基敏锐地指出,这些物质不能被直接观察到,但却同样能够产生引力作用,从而帮助将星系聚集在一起而不至于被撕碎。1933 年,他成为第一批真正了解暗物质存在意义的人,称其为“迷失的物质”。

这个革命性的想法一开始却被大大忽视了,人们尊重兹威基,但没人愿意认真对待他的观点。他的伟大洞察和理论都被搁置一旁,无人问津。当时人们认为他是个疯狂的理论家,有劲没处使,所以才发明这么一种全新的物质出来。

兹威基的测量基于星体和星系的物质数量,但是怎样衡量太空中的物质数量?虽然无法直接测量太阳,但可以测量行星围绕太阳旋转的速度,太阳的质量越大,行星想要留在它的轨道,旋转速度就要越快。

牛顿和爱因斯坦都认为,一个物体的质量越大,万有引力就越大 ;一个物体离中心越远,它在轨道里就运行得越慢,因为万有引力变小了。就拿太阳系来说,水星的运行速度相比海王星来说更快,因为水星离太阳更近。同样的,对于一个星系你可以预期,如果距离越来越远,物体运动速度就会越来越慢,以维持在正常的轨道。但事实上,外围恒星运动的速度远远超出了预期

兹威基没有意识到这一点。50 年后,一个叫维拉·鲁宾(Vera Rubin)的年轻女科学家在观测类似银河系的星系旋转曲线时发现,越来越远的气体和尘埃的轨道运行速度始终保持不变。如果一个城市是一个星系,道路上的车辆是一颗恒星或者行星,不管道路交通多繁忙或者其他因素多复杂,每一辆车都以相同的速度穿梭在城市里。她又观测了其他星系,发现也是同样的情况。鲁宾由此认为,宇宙中存在着我们看不见的物质,为弥散于星系各处的气体提供着引力。

“地球附近也有大量的暗物质。天文学家发现,银河系里成千上万颗恒星的实际观测速度要大于理论上的速度。太阳的速度理论上是每秒 160 公里,但是现在观测太阳的速度大概是每秒 240 公里。如果不存 在暗物质的话,太阳系就应该处于银河系的更外围,而不是现在这个位置。”常进说。

科学家分析了上百个星系,都有同样的形状,运转速度都太快了,需要暗物质把它们保持在一起。这时,科学家开始注意到这个问题,什么是暗物质,如何在太空中找到一些看不到的物质?

被称为引力透镜的效应为暗物质提供了更多的证据。如果有一大团物质,例如星系团恰好位于一个遥远光源的前方,那么前景天体就能弯曲从其附近经过的背景光,由此会产生一系列的光弧,把这些弧线连接起来就会形成一个“爱因斯坦环”。质量越大,它对光线的弯曲量越大。然而,在星系团中没有足够的可见物质能产生出我们所观测到的弯曲,于是,那里必定隐藏着不可见的额外质量。

暗物质的存在似乎突然间被揭开了。一旦暗物质出现,科学家又怀疑它是不是一种新的没有被发现的粒子,还是一般的看不见的物质。最初,科学家认为它和组成你和我的物质一样,但是不会发光。

科学家设想宇宙里不会发光的哪些物质可能会是暗物质。黑洞有可能是,它不会发光,可以透过引力透镜发现 ;隐藏在银河系晕轮里的大质量致密天体可能是,它们可以通过引力透镜观测,但它们的质量还不足以描述暗物质的数量 ;褐矮星同样是怀疑的对象,它们数量足够多。除此之外,暗物质的候选者还有中子星、自由行星、白矮星和非常微弱的红矮星和大质量弱相互作用粒子(WIMP)。

无论暗物质是什么,它们的数量和质量都比恒星和行星的普通物质多上 10 倍。所有由原子、质子、中子组成的物质,数量都比不上科学家在星体和星团中所观测到的物质的数量。

科学家继续寻找新的可能性,继续研究暗物质,以前发现的奇异粒子,例如中微子成了他们的研究对象。像暗物质一样,每次数以百万计的中微子穿过地球,但是它们太轻了,没有办法解释暗物质对万有引力的影响,而且科学家可以在粒子碰撞实验中产生中微子。

在考虑了所有的可能性后,许多科学家相信暗物质是一个新的奇异粒子,和地球上的物质完全迥异。每秒有数十亿暗物质经过我们,但从来不和普通物质发生碰撞。如今,我们知道暗物质是一些笨重的物质,速度不是很快,我们看不见它,它对我们没有影响,和普通物质也不产生相互作用。

目前,对于暗物质是什么,最普遍接受的想法是一些叫作大质量弱相互作用粒子的物质。大质量弱相互粒子对大颗粒的作用力很小,它们的特性和暗物质的可能性很接近。

 

本文内容来自《三联生活周刊》

本文固定链接:http://www.maixj.net/ss/anwuzhi-12039

“暗物质是什么?”正在等您

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注


前一篇:
后一篇:

麦新杰的云上小悟独立博客网站文章内容,除非特别注明,全部都是原创,如需转载,请先阅读版权声明!原创文章更具个性,有些文字虽略显随意,但不影响个人思想表达。部分文章是我自己的笔记,为自己记录,总结和收藏,同时也分享给您!这是本博建设的出发点,希望您喜欢并得到您的支持!喝杯茶,慢慢阅读...

©Copyright 麦新杰 SINCE 2014 云上小悟独立博客版权所有  备案号:苏ICP备14045477号-1  

本站360安全检测  Valid CSS!