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一口气搞懂暗物质

2022-01-15 01:41:37 来源:

原标题:一口气搞懂暗物质

如果要问未来物理学的突破可能和什么有关?那么“暗物质”一定是避不开的选项。全国各国也因此都在疯狂地投入研发力量。那么问题来了,暗物质到底是什么?为什么它会和物理学的突破有关呢?

暗物质的起源

要了解这个问题,我们首先要搞清楚物理学家们为何能确定物质的存在?

这要从地心说说起。话说古希腊哲学家们一直在研究宇宙起源的相关问题。不仅如此,他们还给出了宇宙模型:地心说模型。

不过后来,人们逐渐发现,地心说用起来很麻烦,而且观测误差也不算小。那么问题来了,是不是存在着比地心说更靠谱的理论呢?

哥白尼提出了著名的日心说模型,虽然在当时直接取代地心说,不过引发了不少学者思考地心说模型。后来,在伽利略和开普勒的推动下,成功证明了地心说并不是最终的真理。而开普勒留下了一个问题:为何天体在做椭圆轨道的运动?

后来我们也知道,牛顿成功证明了这个问题,不仅如此,他还提出了大名鼎鼎的万有引力定律。根据万有引力定律,我们就可以解释月球为何会绕着地球转,这个道理和地球上的物体都会竖直向下掉落是一样的,也就是说,牛顿统一了天上和地球上的物理学。

同样地,根据万有引力定律,我们也可以计算出天体运动的速度,引起相互之间的引力。万有引力定律十分准确,以至于数学家只需要用纸和笔就可以预言海王星的存在,而不需要通过观测,这也使得万有引力定律深度人心,成为了主流的科学理论,这样持续了200多年。

可是,后来科学家发现了一个异常现象。按照万有引力定律,星系中心的天体运动速度应该是要距离星系中心更远的天体要快得多,同时科学家也能算出差距来。可是实际观测时,距离星系远的天体非但速度没有减弱,甚至和星系中心的天体运动速度差不多。举个例子,太阳所在的星系叫做银河系,太阳距离银河系中心的距离是2.6万光年。按照引力理论,太阳的运动速度应该是160千米/秒,可是在实际的观测中,太阳的运动速度却是240千米/秒,也就是说,足足多出了80千米/秒。

大家都知道链球运动,运动员在抛掷出链球前会疯狂的转动,如果转动的速度越快,运动员需要拽住链球的力量就越大。如果一直保持同样的拉力,当链球速度快起来后,链球就会飞出去。同样的道理,距离星系远的天体速度足够快,快到所观测到的物质提供的引力无法拽住,那么根据理论,星系就应该分崩离析,距离星系远的天体就应该飞出去。可事实上,并没有发生这样的事情,那么说明什么呢?

这说明存在着一种物质,是我们观测不到的,它提供了额外的引力,拉住了距离星系远的这些天体。很多人可能会纳闷,为什么会观测不到?

这其实也很好理解,我们能够观测到东西,是因为物质自身发光或者发射了其他的光,光进入到观测设备中或者我们的肉眼中,两者发生了电磁作用后,就可以被观测到。也就是说,观测的本质其实是电磁相互作用。

如果物质不参与电磁相互作用,同时可以提供额外的引力,那就可以解释为什么我们观测不到它们,但星系又不会分崩离析,科学家就管这种物质叫做:暗物质。

根据科学家们的研究,已经间接观测到了暗物质的存在。不仅如此,科学家们还发现暗物质的总量是我们已知物质的6倍,它们实际上才是宇宙中的主角。因此,研究它们才能让我们更加理解宇宙的本质,这是为什么现在全球各国都在详尽办法研究暗物质。

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