暗物质到底是什么?有什么用?听完科学家的解释恍然大悟!

奇怪的天文学现象

如果你要问,如今对哪些现象的研究,可以大大加快科学理论的进程,那一般来说会有这么几个,它们分别是:暗物质、暗能量、引力波、中微子、希格斯玻色子等等。如今,各国也在大力发展这些领域的研究。

在这种领域当中,暗物质是已经有比较靠谱的理论,只是要验证理论比较困难。而中微子、希格斯玻色子、引力波则是需要实验物理学家进一步提高设备精度,获取更多的信息并继续迭代如今的理论。而暗能量则是完全的“混乱”,在学术界有数不清楚的“暗能量”假说,但具体哪个靠谱,一时半会都很难会有结果。

今天,我们就先来聊一聊:暗物质到底是什么?

首先,暗物质到底存在不存在?这件事情目前来看,科学家是确定它的存在,但并不是说它就一定是存在,在某程度上说,如果现在的引力理论,也就是广义相对论出现一些瑕疵,就有可能导致暗物质的分析是有误的。不过,这都是后话了。

不过,我们可以先下一个定义,暗物质其实是指一类现象。那这类现象到底是什么呢?

话说,在上个世纪30年代,两位天文学界的大神都发现了一些和目前引力理论不匹配的现象,这个现象归结起来就是说,星系中的恒星按理论来说,应该是距离星系中心越近的天体,运动速度越快,距离越远的,速度越慢。可实际观测下来,科学家发现,星系周围的天体并不符合这样的规律,距离星系中心比较远的天体,依然可以跑得很快。

可我们要思考一个问题,如果距离星系中心远的天体速度远比理论值更高,这就说明所需要牵引住它的引力就越大。可能这并不太好理解,我们可以举个例子,如果你有个有线的耳机,这时候你把它甩起来,你就会发现,当然你甩得越快时,你所需要的拉住耳机的力就越大,否则耳机就会被你甩出去。

太阳系在银河系当中,按照理论计算,科学家发现太阳系绕着银河系质心的运动速度应该是160km/s,但实际的观测的结果却是240km/s。

所以,一定是存在着某种物质提供了额外的引力,拉着了太阳系,否则按照目前的计算,如果以240km/s的速度运动,太阳系一定会被甩出去。于是,科学家假设了存在一种我们看不见的物质,它提供了额外的引力,并且把它命名为:暗物质。

暗物质到底是什么?

上世纪50年代前后,科学家利用大型对撞机,撞出了100多种粒子,同时他们还发现了宇宙中存在着4种作用力,分别是强相互作用,弱相互作用,电磁相互作用,引力。于是,科学家将这些粒子以及四大作用中的强相互作用,弱相互作用,电磁相互作用统一了起来,建立了粒子物理学标准模型。而暗物质呢?

目前科学家认为,构成暗物质的粒子不属于这个模型中的任何一种粒子。也就是说,暗物质不会参与到电磁相互作用,强相互作用,仅有微乎其微的概率可能发生弱相互作用。它主要参与的其实就是引力,所以它应该是有质量的。

而且,主流科学界认为,暗物质粒子很“懒”,这个懒说的其实是它运动得和缓慢。如果从微观世界中来看温度,温度的本质其实是微观粒子的热运动。整体上,微观粒子运动得越剧烈,温度就会越快,相反,微观粒子运动得越不剧烈,温度就越低。

科学家认为,构成暗物质的粒子属于后者,也就是微观粒子运动得比较缓慢,属于温度比较低的这种情况,所以,如今的暗物质模型被称为冷暗物质模型。这里的“冷”指的就是温度低,“暗”指的就是看不到。看不到的原因其实和它不参与电磁相互作用有关,我们人类其实主要是通过电磁相互作用来观测的。(只有极少数用引力波观测)

以上就是科学家对于暗物质的理论分析。可能你要问了,那暗物质有什么用?

实际上,你可以把它理解成星系的粘合剂。科学家发现,凡是大型的星系基本都有暗物质,如果没有这些暗物质,这些星系中天体不可能跑得这么快。如果我们假设这些暗物质突然全消失了,那这些星系中的天体就会沿着轨道切线飞出,也就是说,整个星系就会分崩离析。因此,正是暗物质的存在,才使得星系得以聚合成一个星系。