“暗物质”究竟在哪里？科学家们仍然在寻觅

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“暗物质”究竟在哪里？科学家们仍然在寻觅

文/袁玉刚

现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、天文观测和膨胀宇宙论研究表明：宇宙的密度可能由约4.9%的重子物质、26.8%暗物质和68.3%的暗能量组成。

按照万有引力学说，引力是物质固有的属性，当然4.9%的重子物质、26.8%暗物质都属于物质的范畴。联想到夸克的质量只占到质子质量的5%，暗物质是重子物质的5倍多也说得过去。

根据科学家们的定义，暗物质就是指那些自身不发射电磁辐射、不与电磁波相互作用、不是由质子、中子组成的物质。

1930年代，荷兰天体物理学家奥尔特指出：为了说明恒星的运动，需要假定在太阳附近存在着暗物质。1932年，美国加州工学院的瑞士天文学家弗里兹·茨维基从室女星系团诸星系的运动观测中，发现看得见的星系只占总质量的1/300以下，而99%以上的质量是看不见的。星系外侧恒星的公转速度较牛顿引力理论预期的快，推测需有星系所有恒星质量的100倍以上的质量，才能拉住星系外侧的星球，使星系不致于分崩离析。

李政道在《物理的挑战》中说，一个星系的发光半径为15千秒差距。但是，30千秒差距处的恒星依然在高速运动。967个星系都是如此。所以有暗物质在起引力作用。

1970年代，科学家们根据对许多星系之间的引力效果的观测发现，常规物质不可能具有如此大的引力，因此暗物质的存在理论被广泛认同。

科学家们还说，暗物质促成了宇宙结构的形成。如果没有暗物质。就不会形成星系、恒星和行星，更谈不上今天的人类。暗物质到处都有。就连地球和月球之间也有大量的暗物质。

寻找暗物质粒子、研究暗能量的物理本质的研究已成为21世纪天文学和物理学发展的一个重要趋势。各种暗物质理论如雨后春笋般涌现。

但是，上穷碧落下黄泉，两处茫茫皆不见。时至今日，科学家们依然没有找到轴子、中性子和大质量弱相互作用粒子(WIMP)。相反，却发现了螺旋星系NGC 4736的公转不需要暗物质，完全依靠可见物质的引力也能解释。

暗物质究竟在哪里呢？

“众人寻他千百度。蓦然回首，那人却在灯火阑珊处。”

我的观点，暗物质一部分在低温原子里，因为太暗没有被探测到；一部分在高温原子里，因为太远没有被探测到；一部分在超高温原子里，因为太小不被承认；还有一部分是没有形成原子的准物质，因为没有质量不被看好。总之，暗物质在物质里。

看到这个答案，相信许多人都会摇头反对。那就听我说一说。前三种暗物质是科学家们提出来的，已经有了解释，不再赘述，只说说我提出来的第四种即准物质。

我们都知道太阳系98%的质量都集中在中心的太阳上，行星、卫星、小行星加起来只占2%，因为确实不发光，就都算是暗物质吧。原子也是如此，98%的质量都集中在原子核上，核外电子、光子加起来不到2%，但不能算暗物质，当然没有暗物质的位置。但是，科学家们也告诉我们：质子是由夸克组成的。而且，夸克的质量只占所在质子质量的5%。质子质量的95%是什么？科学家们并不知道。质子质量的这95%不就是暗物质吗？

以此类推，原子里的暗物质占95%，太阳系里的暗物质占93%。银河系里的暗物质占几%？宇宙里的暗物质占几%？

如果把暗物质看成是准物质，或者叫候补物质怎么样？既然暗物质没有质量只有引力，用天体测量方法寻找暗物质粒子的做法就是徒劳的。用粒子对撞机也撞击不出来暗物质粒子。

还是回过头来从牛顿的引力定律中寻找暗物质吧！

首先，回忆一下牛顿的观点。他在《自然哲学的数学原理》中写道：“重力必定是由某种动因引起的。而这种动因总是依照某些规律来发生作用。至于这种动因是物质的抑或是非物质的，我只能留待读者去思考。”

绝大多数的科学家按照牛顿的引力定律思考的结果是：“重力的动因是物质的”、“万有的”。

既然“重力的动因是物质的”，暗物质的动因也应该是物质的。物质产生引力，引力吸引物质，也就是物质互相吸引，最终物体越来越大，然后坍缩成黑洞。但物质是怎么形成的呢？为什么太阳里的物质互相吸引，而火星外侧的小行星却各自为政呢？

我思考的结果是：重力的动因是非物质的、外来的。

牛顿的引力公式表明：中心天体与某个外围天体之间的引力与中心天体、某个外围天体的质量的乘积成正比。但在有些地方，没有中心天体，外围的天体照样围绕中心旋转。牛顿的引力理论无法解释这种现象，只好增加“暗物质”。按照旋涡理论，中心天体可以没有质量，外围天体不是绕着中心天体运动，而是绕着旋涡中心运动。有时外围天体甚至可以替代中心天体。这叫“替天行道”。

听我讲讲旋涡吧！旋涡里有旋聚力和排斥力，也可以叫向心力和离心力或者叫引力和斥力。重力或者引力是旋涡里的一种旋聚力。引力与斥力一起作用，把绝大部分物质旋聚到中心，形成球状物体；还能把外围物质旋聚在旋臂上。旋涡里的物质承受着旋涡里引力和斥力的双重作用，不由自主地做着螺旋运动。等角螺旋线就是旋涡里物质分布的最佳描述。牛顿的引力公式只是表述了旋涡外围的一种近似的物质运动状态。旋涡中心和边缘的物质运动状态需要另外的计算公式去表述。

再说说物体的运动系统。一辆车子运动了，就会拖曳尘土和空气一起运动。但一般不把尘土和空气的质量计算在车子的系统质量内。空气看不见，可以叫做暗物质。爱因斯坦认为，物体的质量随着速度的增加而增加也是同一个道理。只是人们不容易接受罢了。如果我认为每个运动的物质系统里都有暗物质。你能够接受吗？但这牵涉到物质的起源。

1公斤物质被旋聚进地球还是1公斤，被旋聚进太阳还是1公斤吗？不是了。按照爱因斯坦的观点，物质的质量随速度的增加而增加。太阳上的物体线速度比地球上大得多，所以，1公斤的物质被旋聚进太阳要远远大于1公斤，引起的引力效应也远远大于1公斤。

也就是说，暗物质很可能藏身于普通物质之中。所以，大家骑着毛驴张找毛驴，就是找不到。如果科学家们大胆地摒弃“重力的动因是物质的”、“万有的”的信条，暗物质问题可能就迎刃而解了。

既然承认夸克的质量只占所在质子质量的5%。其余95%的质量就应该算暗物质。但问题是：这95%的质量为何能产生引力效应，吸引其它物质呢？这才是需要深思的。

原来，质子是原子旋涡里的一个小旋涡。因为自旋速度极快，所以相对稳定。即使离开原子，其质量损失也不大。但夸克就不一样了。一旦离开质子，就烟消云散，衰变得无影无踪了。测出来的夸克质量占5%，其余的95%是什么？是能量？是继续衰变的更小的粒子？还是非物质？这里的非物质就是暗物质。离开了质子，它的速度、质量都快速下降，就成为非物质；进入质子，它的速度、质量都快速上升，就成为暗物质。

同理，1公斤物质被旋聚进太阳就会大于1公斤，因为一部分非物质被旋聚进去成为物质了。这就是暗物质的来源。大于1公斤的物质在太阳里和物质一样，但就是不发光。因为发光时，这部分暗物质也随同光线变成非物质了。

至于李政道先生说的“30千秒差距处的恒星依然在高速运动”，则是旋涡里的恒星运动的特征，与暗物质没有什么关系。

我大胆地预言：正是旋涡把氢旋聚成氦、铁、铀。也正是旋涡把非物质旋聚成原子和物质粒子。而原子和物质粒子里就有暗物质。从无到有，物质就是这样创造的。但人们只是测出了物质的引力，却测不出暗物质的光。


本文选自：今日头条