暗物质受引力作用，那为什么它没有塌缩成一颗天体或者黑洞？

强绝商爸摇

“宇宙中充满了物质，但神奇的是，大部分物质却消失不见了。”——Tacitus

暗物质问题我们以往说了很多遍，相信你也看的是够够的了。而且我也认为你现在肯定相信了暗物质的存在，因为指向暗物质的证据实在是太多了，并且这些证据互相独立，各不影响，都可以成为佐证暗物质存在的有力证据。

在我们相信暗物质存在的同时，我们也了解了它的一些性质，我们目前认为暗物质是冷的弱相互作用大质量粒子，它可以为星系、星系团的结构稳定、以及大尺度结构的形成提供举足轻重的引力作用。那么今天的问题就是：如果暗物质发生引力相互作用，为什么它没有形成黑洞或其他结构？

事实上，暗物质确实会发生、也可能只发生引力作用，但它并不会构成任何意义上的结构，例如：暗物质星球？暗物质黑洞？暗物质原子？
早期宇宙中的高能粒子和相互作用

回想一下宇宙诞生的时刻，也就是早期的宇宙，那时空间中不存在目前我们看到的各种岩石星球、恒星、以及黑洞、甚至当时原子也不存在。此时的宇宙只是一个炽热、稠密，不断膨胀、充满各种高能物质粒子和不同形式辐射粒子的“海洋”，总的来说就是一锅粥。在宇宙诞生后仅仅几分钟，空间迅速的膨胀冷却后，原子核得以形成，此时的还包括电子、中微子、光子，以及暗物质粒子。

当然，此时所有的粒子都是热粒子，在物理学中我们所说的“热”就代表粒子拥有极高的动能，而我们所说的“冷”就代表粒子的运动速度缓慢。也就是说，这些粒子此时在空间中以非常高的速度飞来飞去，它们之间会相互施加引力影响，就算是光子这种无质量粒子也会受到引力的影响。因为光子拥有能量，而能量和质量是等价的，只是不同的变现形式而已。

但是在宇宙中引力并不是唯一一种相互作用力。

还有一种特别重要的力叫电磁力，这种相互作用方式是物质粒子发生碰撞，并交换能量的唯一方式。我们日常生活中发生的机械碰撞，例如：台球、篮球、乒乓球，或者你打我一拳，我感觉好痛，这些都是电磁相互作用的结果。

那么光子和电子这两种粒子最容易发生碰撞，它们可以通过电磁力非常频繁的互相作用、互相散射。以交换能量和动量。

原子核也是带电粒子，它也可以和光子发生作用，但原子核的质量比电子要大得多，所以在每次的碰撞中获得和损失的动量更少。

中微子不会发生电磁相互作用，因为它根本不带电，而且除了引力以外，它只会发生非常微弱的弱相互作用。这意味着中微子与其他粒子碰撞就十分罕见。所以我们经常听说它可以穿透一切物质。

中微子这么厉害，但暗物质更牛，就我们目前所知，它只会通过引力和其他物质包括自身发生相互作用，也就是说暗物质没有所谓的碰撞，不会和任何粒子交换能量，在任何物质面前也是来去自由，只能被其他物质吸引。

这时你可能会想，起初气体云的温度很高，还没有足够冷却，而普通物质还会发生碰撞相互作用，当它们在引力的作用下尝试首次坍缩时，由于中心温度的升高，辐射压力会将物质推开，阻止物质结构的快速形式。但暗物质不会发生与任何物质碰撞，它们就会在引力的作用下，在密度过高的区域持续增长，知道形成团块结构，产生暗物质星球、星系、黑洞？

但事实上并不会发生这样的事。
为什么暗物质没有形成任何结构

上文说，正常物质一开始塌缩会被辐射压力推开，这时因为气体云温度过高，还需要冷却。但宇宙就是一个持续碰撞、冷却的过程，等气体云足够冷以后，物质会在引力的作用下再次塌缩，高密度区域的密度会持续变大，这是因为正常物质在被吸引到一起的时候，电磁力就会发生作用，使得物质粒子结合在一起，就像胶水一样把物质都“粘”在一起，使得密度越来越大，所以正常物质就可以通过引力坍缩，然后通过电磁力产生束缚状态的物体，例如：行星、恒星、星系。当然原子也一样，如果没有电磁力，原子核和电子也没有任何关系，并不会结合在一起。

那么如果没有电磁力的“粘性”，只有在引力作用会怎么样？物质粒子只会形成一个弥散的、松散的“蓬松”结构。这就是为什么我们经常会说，在星系周围存在“暗物质晕”，“晕”这个字你应该能理解，就是一种弥散的结构。

在宇宙的大尺度结构上还有暗物质丝，但没有其他的暗物质结构。

暗物质虽然不能形成结构，但在正常物质形成结构的过程中发挥了不小的作用。在正常物质一开始无法迅速形成结构的时候，暗物质就首先形成了蓬松的暗物质晕，它们可以为正常物质提供引力，以帮助一些结构的快速形成，所以我们说这些弥散、蓬松的晕环是今天宇宙中所有束缚结构的种子。当然，这包括：矮星系、普通星系、星系群、星系团、超星系团和细丝结构。

但是如果没有胶水的粘性把暗物质结合在一起，暗物质就注定是今天这种蓬松扩散的状态。我们习惯了电磁力的存在，习惯了普通物质粘在一起的形式，但如果电磁力消失，地球也会解体形成于暗物质一样的状态。

所以引力并不是形成所有行星、黑猩、黑洞的唯一原因，还有电磁力的功劳。
下面我们在举个粒子，更好的理解这一点！

想一下，你手里现在拿一个由普通物质(原子)组成的小球，然后把它扔出去，接下来会发生什么？

忽略空气的阻力，这个小球会做抛物线运动，上升到最高点然后一直下降直到与地球表面发生碰撞。其实这个小球是在以地球的质心为焦点沿椭圆轨道运动，是因为地球表面阻碍了小球的椭圆运动。我们只看到这个椭圆轨道的一部分，也就是我们所说的抛物线。看下图：

如果我们能把这个普通物质小球换成暗物质小球，情况会大不相同。

如果没有电磁力，就会发生一些奇怪的事：

除了引力以外，暗物质小球和地球的任何物质之间不会发生碰撞。暗物质小球会直接穿过地面，非常轻松的到达地心，并以一个近乎完美的椭圆轨道绕地球中心旋转。在正常物质中，原子都会发生随机运动，但有电磁力的束缚，原子根本无法自由活动，如果在暗物质小球中没有电磁力，那么暗物质粒子的随机运动就会把粒子从小球中缓慢的分离出来，因为引力本身不足以将暗物质粒子束缚在一起。

这就说明，随着时间的推移，小球的轨道会发生改变，暗物质小球会变得越来越松散，就像彗星解体一样。

引力这个力很神奇，相比于其他力，我们最早发现了它的存在，但关于它也是最不理解的一种力。因为引力太弱了，电磁力比引力强了万亿倍。我们不理解引力为何如此的弱。所以就有科学家猜测说，可能还存在额外的维度，引力有一部分泄露到了其他维度。

因此暗物质并不能只在引力的作用下形成任何紧密的结构，因为仅靠如果积弱的引力不足以把任何物质束缚在一起，只能形成松散的结构。如果我们想要形成恒星、行星就必须要有更强大的电磁力来起作用。

原文地址：今日头条