暗物质这个概念是怎么来的呢?这要从一个方程讲起。
暗物质就是从这样的一些反常的现象中发现的。
在爱因斯坦还没有出生的时候,人们用牛顿定律来理解天体运动。
当时,大家只知道太阳系有七大行星,从里到外依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星和天王星。它们都在引力作用下绕着太阳运行。
通过牛顿万有引力定律,人们可以准确地计算出每一颗行星的运行轨迹,可以预期这颗行星今天应该出现在什么位置,明天应该出现在什么位置。不光是太阳对它们的影响,甚至行星之间的相互作用和运行规律我们都能很好地掌握,计算结果与观测结果都能对得上。
这个事情给我们一个什么启发呢?就是说,如果你发现已有的定律什么地方不太对劲,那么这很可能意味着,在某些地方存在某些不为人知的东西。
这个现象,持续困扰着学界。
到了1930年,瑞士的天文学家兹威基(Fritz Zwicky)在观察星系团(由相互之间有一定力学联系的若干个星系集聚在一起组成的星系集团)的时候发现了一个奇怪的现象,有些星系的运动速度远远超过了它所在的星系团本身的逃逸速度。
这是暗物质存在的一个强有力的证据,兹威基现在也是公认的暗物质研究先驱。
1970年左右,人们又发现了另外一个现象,即星系外围物质的运动规律与星系旋转曲线相悖。星系旋转曲线,是指星系中不同位置的天体绕星系中心运动的速度遵循「越靠近太阳,速度越快,越远离太阳,速度越慢」的规律。我们可以根据万有引力定律推算出星系在不同位置的预期速度。
这两点告诉我们:如果宇宙中确实存在暗物质,哪怕现在看起来不那么好理解,那么我们这个宇宙反而是更容易理解的。
甚至,暗物质最好是存在的。它的存在对我们来说很关键,因为它可以加速星系的形成。如果宇宙中没有暗物质,就没有银河系,没有太阳系,也就没有我们人类自身。所以说,某种程度上我们也得感谢暗物质,给了我们存在的机会。
既然我们相信暗物质的存在,或者说希望它存在,那么它到底是什么样的东西呢?目前,我们对暗物质的理论定义是:通过天文观测推断出来的可能存在于宇宙中的一种不可见物质。这就是把它叫做「暗物质」的原因。
理论上说,地球附近包括我们周围也应该有暗物质。根据天文学家的测量,一个立方厘米,就是我们一个手指头这么大的空间里面,暗物质的质量大概等同0.3个氢原子,如果我们把整个地球的暗物质收集起来,总共不到一公斤,所以暗物质对我们的生活几乎没有任何影响。
普通物质是由各种各样的粒子构成的,如果暗物质存在的话,那它可能是什么样的粒子呢?
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