有人说过：「洞察宇宙的身世，是人类智慧的骄傲。」但我想他说这话时，恐怕没把宇宙间最大一股势力考虑进去——这就是暗物质和暗能量。今天我们先说说神秘的暗物质。
暗物质，英语叫Dark matter，是相对于我们常说的可见物质、普通物质，或者叫可观测物质来说的，这种物质无法被人类直接看见或者观测到。
大家知道，可见物质之所以可见，就在于微观尺度下，电子与光子发生相互作用，从而被我们肉眼看到，或者被各种观测仪器捕捉到。
但是暗物质恰恰相反，
它根本不跟光波发生作用，对各种光作用都无动于衷，
所以才导致人类既看不见，又测不到它。
科学家之所以叫它暗物质，除了玩点神秘感以外，最主要就是因为看不见、测不到它，只好叫它『暗物质』，跟一般的『明物质』相对应。至于说，跟暗黑力量、黑暗世界、黑暗料理啥的，没有任何关系。
有人问了，
既然看不见、测不到，为啥科学家还能知道它存在呢？
这得从头说起——
史上著名的大人物比如开尔文、庞加莱，都曾猜想过宇宙间存在 「黑体」，也就是后来人说的暗物质。
但事实上，暗物质可不只是大科学家的猜想而已，最先靠的是强有力理论推导出来的——这个理论就是最著名的广义相对论。
早在1915年，爱因斯坦刚刚提出广义相对论的那一年，他就得出推论：宇宙物质的平均密度必须达到5×10^-30克／立方厘米，这样全宇宙才能保持稳定。后来经观测得出，宇宙物质密度远远小于这个理论值，竟整整小了100倍。
▲爱因斯坦和德西特联手写了一篇有关宇宙存在「看不见物质」的论文。
尽管当时，爱因斯坦不可能预知到这个观测值，但他知道这个的确很重要，还跟荷兰天体物理学家威廉·德西特，共同发表一篇有关宇宙存在「看不见物质」的论文。
大师就是大师！重大事件总能跟大师扯上关系。德西特后来还被天文学界誉为「暗物质和暗能量的理论先驱」。至于爱因斯坦——「现代物理学祖师爷」这一个光环就够了。
1932年，另一位荷兰天文学家——扬·奥尔特（太阳系最外层奥尔特云就是以他命名的），提出了银河系中存在大量暗物质的设想。
▲兹威基
1933年，在加州理工上班的瑞士天文学家兹威基，在推算星系团平均质量时，发现星系质量与观测亮度相差160倍，因而推导出星系团里绝大部分物质都是看不见的。
顺便说一下，后来他的研究方向，从宇宙最暗的物质（暗物质）转到了最亮的星体（超新星）——52年间，他竟然发现了120颗超新星。看出来没？凡是跟暗物质扯上关系的，各个都是神人！
有关暗物质的存在，
最有力的证据就是「星系自转问题」和「引力透镜效应」。
▲薇拉·鲁宾
1970年代，美国女天文学家薇拉·鲁宾就是最早从「星系自转问题」入手的。
我们都知道，太阳系所有行星都绕着太阳跑，距离太阳越远，公转速度越慢。根据引力理论，旋转星系也应该遵循这一规律（开普勒定律）旋转才对——但是观测结果却大大出乎意料，处在远离星系中心的恒星，公转速度要比开普勒定律的理论值大很多，恒星速度越大，需要拉住它的引力就越大。
但问题是，这种巨大引力是从哪里来的？这就是『星系自转问题』——
结果只能导向一种解释：全靠暗物质出手相助！幕后操纵！否则，要么不是旋转星系早散架了，要么就是星系必须老老实实地遵循开普勒定律。
暗物质存在的另一个强有力证据，就是「引力透镜效应」。
刚才说了，既然暗物质具有引力效应，就应该造成广义相对论所预言的时空弯曲。
当光线透过弯曲的时空，就会产生偏转，就像光线在棱镜中出现折射现象一样。这就是爱因斯坦早有预言、并在天文学界反复观测证实了的「引力透镜效应」，于是也有人管这叫『爱因斯坦望远镜』。
1980年，天文学家观测到类星体Q0957+561发出的光，就是两个一模一样的类星体，这是人类第一次观测到引力透镜效应。
▲利用引力透镜效应，成为当代天文学家观测暗物质的最好方法。
从此以后，利用这种引力透镜效应，成为当代天文学家观测大尺度范围内的暗物质的最好方法。
▲这是子弹星系团的合成图像，子弹星系团是两个星系团碰撞的产物，粉色部分为普通物质，蓝色部分为暗物质，利用引力透镜观测得到。
▲这个暗星系全部由纯暗物质构成。
2007年，天文学家观测到室女座星系团里的NGC4254，旁边存在着明显的引力效应，后来又经过荷兰射电天文望远镜和哈勃太空望远镜的多次观测，证实了该星系旁边存在着一个全部由纯暗物质构成的巨大存在，这个暗星系被命名为VIRGOHI 21——看不见任何一颗恒星、星体等普通物质，但存在一个巨大的引力场。
说到这儿，很容易叫人联想起《三体·死神永生》：程心和艾AA从286光年之外回望被二维化的太阳系时，关一帆那句话里有话：那片空荡荡的太空中应该存在着一个完全看不见的引力源……（此处，是不是有些细思极恐？！当然，这只是大刘的妙笔而已。）
▲MACS1206星系团，周围存在大量的暗物质。
2011年，天文学家又发现离我们45亿光年以外的MACS1206星系团，周围存在大量的暗物质，具有超强的引力，整个空间都出现了变形现象。
问题来了，
神秘的暗物质是不是无处不在？
我们银河系存在着暗物质吗？
▲天文学家根据哈勃太空望远镜利用弱引力透镜法测得的数据，绘制成宇宙大尺度下的暗物质分布图。
首先，暗物质并非「道」，不是无处不在的，它只是在宇宙某些地方聚集成团。至于啥分布规律？不得而知。因为从目前观测来看，暗物质既存在于星系团周围，也存在于看起来什么都没有的空间。
其次，银河系周围的确存在大量的暗物质。
根据引力理论，靠近银河系中心的恒星，应该旋转得比边缘的恒星更快，但经过多年天文观测发现，位于银河系内部和边缘的恒星们，大体都以同样的速度绕着银河系中心旋转。
▲这是艺术家构想的存在于银河系外盘的巨大暗物质。
这就意味着：银河系及其外盘存在着大量暗物质，大到多少呢？据估计，这团暗物质形成了一个半径为银河系半径10倍大的巨大存在！
▲暗物质当然也存在于地球附近甚至地核。当一股暗物质粒子穿过地球时，形成这种酷似头发的现象，NASA／JPL发布的暗物质示意图。
经过上百年的摸索，暗物质终于从理论走到前台，从被动发现转到主动探测，上到天上卫星探测器，下到地下深处的隧道，上到中国悟空号暗物质粒子探测卫星，下到锦屏地下实验室，再到欧洲的大型强子对撞机……科学家们穷尽各种方法，想要直接观测到全宇宙最幽暗、最神秘的物质，一探究竟，到底是个神马东东？
但结果还是知之甚少。
目前为止，能够确定的是，暗物质占整个宇宙物质成分的26.8%。暗物质的引力效应跟普通物质之间的引力一样，使得它们聚集成团，彼此向内拉拽。
从目前观测结果看，暗物质的运动速度远远低于光速。构成暗物质的粒子应该是电中性的。有科学家称，最有可能的是——已知61种基本粒子中的3种中微子和3种反中微子。暗物质也能湮灭成粒子与反粒子……当然，这一切还在探索中。
▲宇宙大尺度结构是纤维状结构和宇宙长城，这中间就是宇宙空洞，而支撑空洞存在的力量就是暗物质。
至于说，
探测暗物质到底有啥用？
这就像人类在18世纪探知电为何物的当初，谁都无法想象21世纪电无处不在的时代一样。
何况暗物质关乎宇宙的最初奥秘，还决定着宇宙未来的命运，甚至可能决定着太阳系的未来。
▲根据普朗克卫星的观测数据，暗物质占整个可观测宇宙质量和能量的26.8%，暗能量占68.3%，普通物质只有4.9%。
更何况，暗物质还占据着全宇宙26%的话语权，人类尚且连4.9%的物质世界都还没搞懂的情况下，竟敢越俎代庖，敢说揭开宇宙奥秘了？
所以，当我们看到史蒂芬·史蒂芬霍金曾经说过：「我们可能已经接近自然界的终极定律，有理由对此持谨慎乐观的态度」，我宁愿相信他是故意这样说的，有意忽略掉当今宇宙学的几大疑团，目的是为了望梅止渴，催人奋进。
毕竟，科学的本质其实是永远探知未知。未知永远比已知更多。
作者：一点资讯 |
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发表于 2019-1-2 21:19:47
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