暗物质无法探测,为什么还如此确定它存在?

我们是如何观测

我们都知道暗物质是无法直接观测得到的,可是为什么科学家还如此坚信它的存在呢?

这个其实就要从我们的“观测”自身说起。科学家发现,在宇宙存在着四种作用,分别是:强相互作用力、弱相互作用力、电磁相互作用力、引力。

这四种力中,引力和电磁力其实是我们比较熟悉。引力使得地球可以绕着太阳转。而我们日常生活中接触到的除了引力,剩余的都是电磁力。比如:摩擦力,弹力,支持力,其本质其实都是电磁力。

也就是说,我们观测物体其实也是依靠电磁力。具体来说是这样的,我们人之所以能看到东西,首先需要物体自身发光或者反射光到人眼。

当然,光线进入到眼睛里的晶状体,这个晶状体就类似于一个凸透镜。晶状体会把物体的像呈现到视网膜上,最后通过视锥细胞和视觉神经的处理,我们就看到了物体。整个过程其实都是利用电磁相互作用。

而我们利用望远镜进行观测时,也是类似的道理,同样都是利用电磁相互作用力。

其实这也很好理解,在19世纪中叶,麦克斯韦在法拉第提出的理论的基础之上建立了麦克斯韦方程,统一了“电”和“磁”,并且预言了电磁波的存在,光就是一种电磁波。所以,我们看到的光其实是可以参与电磁相互作用的。

而我们之所以观测不到暗物质,本质上就是因为暗物质并不参与电磁相互作用。因此,我们没办法用常规的手段去观测暗物质。

虽然没有办法利用常规的手段观测暗物质,但我们其实可以确信暗物质是存在地。具体来说是这样的,上世纪30年代,有两位天文学家的大咖陆续发现了星系周围的恒星跑得很快。

这种“快”其实是相对于牛顿理论而言的。我们都知道,牛顿提出万有引力定律,解释了天体运动的的规律。通过牛顿力学我们其实可以算出星系周围恒星的运动速度。就拿太阳来说,铜鼓哦理论计算,太阳绕银河系质心的速度应该是160km/s。可是实际上观测得到的结果却是太阳绕着银河系质心的速度是240km/s。

我们来想象一下,如果你有个带线的耳机,你把这个耳机甩起来,当你越甩越快的时候,其实你要抓住这个耳机所用到的力就会增加,如果你甩到足够快,快到你拽不住时,耳机就会沿着切线飞出去。而太阳在银河系内的运动其实就是这样,如果仅仅依靠可见物质的引力,那太阳就会飞出去,必须得有东西提供额外的引力,才有可能把太阳拽住,而且通过计算可以知道,这个东西提供的额外引力要远比可见物质大得多。但是就像上文所说的那样,我们并无法看到它,它是不参与电磁相互作用的。因此,科学家才将它命名为暗物质。

暗物质

基于以上的认知,许多科学家提出了关于暗物质的很多理论。而目前比较主流的理论是冷暗物质模型。所谓的“冷”其实就是在表述暗物质应该是移动很缓慢的那种物质。而“暗”其实体现的就是暗物质看不到,不参与电磁相互作用。

暗物质不参与电磁相互作用的特性,使得暗物质粒子可以直接穿过我们的身体,而我们不得而知。类似的其实还有中微子,也同样是不参与电磁相互作用,据估算每秒钟有10万亿个中微子穿过我们的身体,我们根本感受不到。

实际上,暗物质其实还不是一个成形的理论,它只是特指这类“引力现象的异常”,它具体是什么,我们还不得而知。因此,也不会存在所谓的替代理论。我们通过一些手段,诸如:引力透镜等,也可以观测到暗物质存在的证据。

在许多国家也陆续开展了许多关于观测暗物质的项目,我们国家除了悟空探测器之外,还有锦屏极深地下暗物质实验室。

目前,科学家甚至可以计算出暗物质目前所占宇宙总量的比例,比可见物质的5倍还要多。

所以,关于暗物质,我们知道得很多,同时不知道的更多。只能寄希望于往来,各国对于观测暗物质的投入能得到回报,并且期许科学家能够依照观测的结果得出相关理论。