如果我们现在已经完全搞清楚了暗物质是什么,那暗物质可能就不叫做暗物质了,而是有了具体的名字。之所以它会被叫做暗物质,就是因为我们还没有完全搞清楚它到底是什么东西。那人类是如何发现暗物质的呢?暗物质又有什么特点呢?我们接下来分两份来仔细讲一讲。
恒星的运动速度
早在1930年代就有科学家在观测星系周围恒星时,发现这些恒星跑得特别快。当然,我们也知道速度是相对的,这个“快”究竟是快的呢?
简单来说,就是按照理论计算,我们可以得到一个恒星相对于星系质心的运动速度,可实际上一观测就发现,这个速度不符合理论,要快出很多。其实科学家最喜欢看到这种情况了,因此有异常就意味着有机会搞出新理论。不过,当时发现这个现象的两位都是大神,手头上都有更重要的研究要搞,就放弃了这个研究。
这个问题同样发生在银河系,就拿太阳来说,理论计算值得到的是太阳速度是160km/s,而实际上测到的速度却是220km/s。
但是我们要知道,科学家的计算方式是通过牛顿理论。牛顿理论已经被证明是极其精准的理论,经受住了很多考验,大概率上是不会出问题的,但也不是观测错了。因此,有可能是存在着什么因素我们没有考虑进去。
科学家通过计算发现,如果要让恒星这样高速运动,还需要额外5倍左右的引力。所以,科学家就解释了存在一种东西叫做:暗物质。它参与引力作用,提供了额外的引力。而且暗物质的总量大概是已知物质总量的5倍之多。
但是,你可能要说了,感觉就是凭空想象出来的一个东西,它真的存在么?
实际上,科学家不仅仅是想象,还真的就去仔细观测了。无论是间接观测还是直接观测在近些年来已经有很多了。包括我们国家的悟空探测器也是专门用观测暗物质的。在未来,各国也都在计划增加暗物质观测的相关项目,这是目前非常前沿的科学研究。(下图中就是通过引力透镜效应观测到的暗物质的踪迹,图中用蓝色标出的就是暗物质。)
基于目前的观测结果来看,我们基本上可以确定暗物质是存在的。但是还没有办法确定暗物质的具体性质。
暗物质的特点
之所以很难确定暗物质的具体性质,主要原因就是暗物质太奇葩了。在自然界中,存在着四种作用力,分别是引力,强相互作用,弱相互作用和电磁相互作用。
其中强相互作用的强度是最强的,电磁相互作用其次。然后是弱相互作用第三,引力最弱。我们在观测天体时,通常使用的是电磁相互作用。说白了,就是天体发出的光子来到地球,被我们捕获到,而光子就是参与到电磁相互作用当中的。
而暗物质是不参与强相互作用和电磁相互作用的,因此,我们根本无法通过常规手段观测到它。它可能只参与弱相互作用和引力。而弱相互作用和引力是很弱很弱的,其次弱相互作用的发生概率极其低。所以,我们才会很难感知到的暗物质的存在。
按照目前的主流理论,也即是冷暗物质模型。科学家认为暗物质是均匀分布在整个宇宙空间的,包裹着我们的星系。其中“冷”说的其实是暗物质只是极其缓慢的移动。也就是说,由于暗物质这样的特性,即使它现在正在穿过你的身体,你也压根感觉不到。
以上这些,就是目前对于暗物质的一些看法,但是如果你非要问暗物质到底是什么,其实科学家是没办法回答你的。而且它大概率是由我们未知的物质粒子构成的,也就是说,构成它的粒子并不在目前的粒子物理学标准模型当中。
这也是为什么,现在各国都在想尽各种办法去研究暗物质的原因。因为对于暗物质的了解很有可能会引发物理学理论的革命。而每一次物理学理论的革命都会带来巨大的科学技术的革命。