说起暗物质,很多人其实想知道它是什么?为什么科学家如此热衷于寻找暗物质?对于这样的事情,很容易提出哲学的三个问题:它是什么?在哪里?有什么用?
今天,我们将讨论暗物质 。
究竟什么是暗物质?
要了解什么是暗物质,首先要了解“引力” 。我们可以想象有一种神器加农炮,可以任意速度发射炮弹 。接下来,如果我们徒手拿起炮弹放手,炮弹就会自由落到地上,这是地球引力的结果 。
![宇宙暗物质是什么东西(为什么它占宇宙95%以上](http://img.gansulong.com/220906/101P52133-0.jpg)
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如果我们用大炮击中并让炮弹有一点初速,它会是这样的:
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如果我们让大炮射出的炮弹足够快,那么炮弹很可能会绕着地球转 。
![宇宙暗物质是什么东西(为什么它占宇宙95%以上](http://img.gansulong.com/220906/101P5M19-2.jpg)
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这时候,我们继续让炮弹的初速变快,炮弹的圆会变大 。
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如果我们大大提高炮弹的速度,那么炮弹很可能会脱离地球引力而飞出 。
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基于这些发现,我们至少可以得出一个结论,物体是否围绕天体旋转与物体的速度及其引力有关 。速度越快,所需的重力越大 。
而多少速度对应多少引力,我们可以用牛顿的万有引力理论来计算 。知道了这一点,让我们回过头来看看星系,我们以银河系为例,
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如果从理论上计算,我们会发现太阳绕银河系质心的理论速度应该是160km/s,但实际上太阳的速度竟然是220km/s 。
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实际速度比理论要快得多 。按照刚才的结论,加上重力应该是可以做到的 。那么这种额外的引力是从哪里来的呢?
当这种现象第一次被发现时,科学家们也很疑惑 。这种现象不仅发生在银河系中,在许多星系中也存在 。这种现象的最早发现是基于对其他星系的观察 。
![宇宙暗物质是什么东西(为什么它占宇宙95%以上](http://img.gansulong.com/220906/101P530T-8.jpg)
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结果,科学家们不得不假设存在一种提供额外引力的物质,但我们的观测方法无法检测到它的存在 。他们称这种物质为暗物质 。
暗物质在哪里?
假设暗物质的存在,并不意味着我们知道它的性质 。它存在的地方与它自身的属性有关 。关于暗物质的假说有很多,但目前比较主流的是冷暗假说 。
首先,暗物质之所以不容易被观测到,是因为我们是通过电磁辐射来观测它的,所以冷暗物质的“黑暗”其实就是来自这里;同时,构成暗物质的粒子实际上运动得很慢,所以冷暗物质的“冷”就是这样 。
你可能不明白,“冷”跟慢走有什么关系?事实上,当我们定义温度时,物体分子在微观尺度上的热运动强度 。
![宇宙暗物质是什么东西(为什么它占宇宙95%以上](http://img.gansulong.com/220906/101P51J8-9.jpg)
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粒子的平均动能越大,即它们运动得越欢快,温度就越高,而在绝对为零时,粒子实际上几乎在原地振动 。(这也是不确定性原理造成的)
因此,粒子运动缓慢,说明温度低,即“冷” 。基于这样的认识,科学家们开始思考什么样的粒子符合这样的特性?
目前主流观点有两种:
大质量弱相互作用粒子:这个粒子目前未知,科学家们也在考虑是否通过大型粒子对撞机找到它 。巨大的致密晕天体:这一类包括一些微弱的恒星,如黑洞、白矮星、中子星或不发光的行星 。
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