诡异的暗物质真的存在吗?

2017-07-04作者:李金, 著编辑:茹鑫

暗物质既不发出任何波段的光,也不和任何波段的光发生作用,用任何波段的探测器或望远镜都无法观察到,人们怎么知道它的存在呢?


我们知道,地球围绕太阳旋转,为什么地球既不被太阳吸引过去也不会远离太阳飞走呢?太阳对地球有引力,而地球围绕太阳旋转有一定的速度而有离心力,当太阳的引力正好等于地球的离心力时,地球就被束缚在一定的轨道上。按照牛顿定律,引力的大小与太阳和地球的质量有关,质量越大,引力就越大。如果地球的速度太大,或者太阳的质量太小,离心力大于太阳的引力时,地球就远离太阳而去。可见,宇宙中星球、星系的稳定运动状态都是它们的运动速度和一定质量之间平衡的结果。太大的质量太低的速度,或者太小的质量太高的速度,都不会稳定,也不可行。



八十多年前(1933年),费里茨•兹威基惊奇地发现了一个奇特的现象:大尺度的星系团中众多星系的相对运动速度非常高,可它们又被约束(或被限制)在星系团中不能远离。但根据我们所观测到的星系团质量估算出的引力却远小于由星系速度估算出的离心力,即质量产生的引力无法将这些星系束缚在星系团中。如果假设星系团中还有我们“看不见”但具有引力的物质,且质量足够大时,就有可能确保星系团中众多星系虽然速度很高也不会散开。人们把这种“看不见”但具有引力作用的物质称为“暗物质”。可以说这是第一个暗物质存在的证据。暗物质有引力,有质量,但不发光也看不见。



应该说,费里茨•兹威基是提出“暗物质”概念的第一人。兹威基对事物观察十分敏锐,是闻名遐迩的才子。可惜的是,他被当时的同行认为是一个怪人,人际关系也比较差,没人认真考虑他的观点。他的观察和他对“暗物质”的设想在很长的一段时间内无人问津。1970年,美同女天文学家维拉•鲁宾发现了“暗物质”存在的又一个证据——不管恒星距离星系中心有多远,它们围绕星系中心公转的速度都是一样的!至此,“暗物质”的概念才逐渐进入人们的眼帘。此后,天文学家们依据球状星系旋转速度的测量、引力透镜的观测、大尺度宇宙结构形状,以及微波背景辐射等研究中的“异常”等现象,大胆地推测或猜想宇宙中很可能存在大量“看不见”却又能通过引力作用而被感知的暗物质。尽管我们对暗物质的性质仍然了解甚微,但到了今天,占宇宙能量密度很大部分的暗物质的概念已被广为接受了。


内容来源:书问

作者李金
出版清华大学出版社
定价69元
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