宇宙中所说“暗物质”是什么?有什么作用?
暗物质是目前理论上预言的一种不发光的神秘物质,目前人类只能通过暗物质的引力作用来间接推测暗物质的存在,近几十年来科学家对暗物质的真实性感到困惑,这也是当今物理学最大的谜团之一。
发现暗物质
在上世纪三十年代,天文学家研究后发座星系团中各星系的运动速度时,发现各星系之间的相对运动速度异常,仅靠星系团中可见星系的引力作用,远远无法维持星系团的稳定,后来天文学家在更多的星系中发现了这一现象,包括我们银河系边缘恒星的绕行速度也高于理论值,似乎有某种神秘力量束缚着天体。
有科学家猜测,引力作用在大尺度范围时需要进行修正,但是经过几十年的研究,绝大部分科学家都放弃了这个观点,目前比较认同暗物质的假设,暗物质是一种不参与电磁相互作用的物质,所以暗物质不发光,也不会反射光线。
在1990年,NASA通过威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)发现,我们宇宙中的暗物质是可见物质的五倍,意味着宇宙中绝大部分物质我们是看不到的,这一结果非常令人震惊。
暗物质是什么?
早期的科学家猜测,暗物质会不会是小质量的黑洞或者其他致密天体?
但是目前并没有证据能支持这个观点,如果暗物质是不可见的致密天体,根据暗物质远多于可见物质的数据,在我们太阳系周围大概率存在这样的致密天体,可事实上并没有发现。
科学家还猜测暗物质可能由某种亚原子粒子构成,比如惰性中微子?轴子?
中微子不参与电磁相互作用和强相互作用,如果存在一种中微子的弱相互作用也很弱的话,就非常接近暗物质的性质,但是目前关于中微子的研究来看,暗物质是中微子的可能性非常低。
粒子物理学还预言了一种亚原子粒子——“轴子”,轴子质量小于电子质量的百万分之一,现代物理学中,轴子是暗物质的主要候选者之一,但是由于轴子实在太小了,目前有关轴子的研究主要存在理论上。
暗物质和暗能量的关系
现代天文学中,我们经常听到这两个很相近的名词,实际上暗物质和暗能量并没有直接联系,暗物质是为了解释大尺度引力作用异常假设的,而暗能量是为了解释宇宙膨胀假设的,使用“暗”来描述,仅作为一个占位符,因为对人类目前来说还是谜团。
宇宙中所说“暗物质”是什么?有什么作用?
提到暗物质,就得了解暗物质与暗能量它们两者之间的关系。暗物质和暗能量是组成宇宙物质的基础。众所周知,我们的世界是由物质构成的,在宇宙学中,暗物质是指那些自身不发射电磁辐射,也不与电磁波相互作用的一种物质。人类目前只能通过引力产生的效应得知宇宙中有大量暗物质的存在。暗物质存在的最早证据来源于对球状星系旋转速度的观察。
生活中所有的存在都是物质,例如空气、水和食物,甚至连人体本身也是物质,除了这些实际存在的物品之外,光和电磁场等一些射线也是物质。而我们人类所知道的,只占了不到宇宙的5%,在剩下的部分里,暗物质占了25%,暗能量占了70%,这也从侧面反映出我们人类对宇宙的认知少之又少,同时也让我们深思暗物质、暗能量到底是什么?它们有什么作用呢?
暗能量是驱动宇宙运动的一种能量,它和暗物质都不会吸收反射光或者辐射光,所以人类无法直接使用现有的技术进行观测。大约在20年前一项研究表明,我们的宇宙正在不断膨胀,而它的速率不是恒定或者减慢的,而是在始终的加速。早在1929年爱得文·哈勃就检测到了遥远星系发射光的波长,是如何在空间中旅行时转变成电磁波谱的远红端的,他通过研究发现越遥远的星系就会出现很大程度的红移,反而越近的清晰并没有那么多。哈勃因此可以确定,这是因为宇宙自身正在膨胀,红移的发生因为光的波长随着宇宙膨胀而被拉长,这些研究都在向我们显示暗能量的密度,可能是一种宇宙常量;而真空提供了宇宙膨胀的动力。
甚至部分研究学者认为暗能量吞噬暗物质,可以作为宇宙加速膨胀的解释。因为人类对宇宙的研究表明暗物质就像胶水一样,它可以把所有的物质连接在一起,如今一部分的暗物质正在消失,而导致它们消失的原因,很可能就是暗能量。
当然不是所有的学者都赞同这一猜想,自20世纪90年代以来,天文学界就对这一问题争论不休,但到目前为止并没有什么办法来证实任何的猜想,显然对于宇宙真相的认知人类还差之甚远。
中国科学院理论物理研究所研究员李淼曾经半开玩笑的表示,有多少暗能量专家就有多少暗能量模型。所以有很多关于暗能量的构想,其中一种猜测,暗能量不是一个东西,而是空间的一个属性,这个想法非常接近于爱因斯坦在1917年提出的关于宇宙常数的概念。
到目前为止人类对爱能量的认知仍停留在理论层面,但按能量不仅对整个宇宙有着影响,而且还能操控宇宙居民,引导恒星星系以及星系团的引发进程,暗能量的无处不在,反而让人很难意识到它的存在,不论是在家里的厨房,还是在星际空间中,暗能量的密度完全一样,只有在巨大的空间尺度和时间跨度上才能体现出暗能量影响力,真空的环境里本身就不空,那里面都有什么呢?暗物质、暗能量,让我们拭目以待吧。