从古希腊至今,人类探索宇宙有3000年的历史,但是讽刺的是,从一开始,学者以为人类就是宇宙的中心,整个宇宙都绕着地球转。到现在,人类猛然发现,地球不仅不是宇宙的中心,就连太阳也不是。
还有,宇宙中绝大多数的物质其实是我们看不到的,实际上,我们能看到的只有不到5%。其余的到底是什么,我们又为什么看不到呢?
这其实就和暗物质、暗能量有关。
电磁相互作用
说起“暗物质”,它常常和暗能量成组出现。实际上,无论是暗物质还是暗能量,本质上都是基于某种物理学现象而得出的,它们具有完全不同的作用。但从字面上看,我们会发现,这两个都有一个“暗”字。那这个“暗”字到底是咋回事呢?为什么都会这样去命名呢?
我们今天就先从命名出发来理解暗物质,顺便一起把暗能量说一下。
在我们这个宇宙中,存在着物质粒子,比如:我们熟悉的原子。实际上,原子并不是最小的物质粒子,因为它是可再分的,可以再分为质子和中子,电子。电子不可再分,但是质子和中子还可以继续再分,可以分为夸克。
我们要知道,夸克和电子这类基本粒子,不可能平白无故就聚合在一起。实际上,在宇宙中还存在着四种作用力,它们就像粒子的胶水一样,聚合了粒子。这四种作用力分别是:强力、弱力、电磁力和引力。
其中强力和弱力被称为核力,意思是它们是构成原子核的力。而我们也都知道引力其实是物质之间彼此吸引的力。那电磁力呢?
电磁力就是我们日常生活中所接触到的各种作用。我们常说的弹力、摩擦力其实都是电磁力。更重要的是观测,我们看到东西,本质上是光子进入了我们眼睛,和我们眼部的细胞发生了作用,我们才看到的。而观测天体时所采用的观测设备也是利用电磁力。
说白了,在日常生活中除了引力就是电磁力,我们基本上接触不到强力和弱力的。那这又和“暗”字有什么关系呢?
实际上,利用电磁力来观测是有一定的弊端的,这意味着如果一个物体不参与电磁力的作用,那我们就没有办法观测到它。有一种叫做中微子的粒子就是这样,所以,捕捉中微子特别费劲。
不仅如此,暗物质和暗能量也是这样的,而这里的“暗”说的就是不参与电磁力的作用。那么问题来了,既然我们看不到它们,又凭什么确信它们就存在呢?
其实答案还在“力”上。
暗物质和暗能量为什么存在?
在上文,我们提到了科学家家观测,其实利用到的是电磁力。但在宇宙中还存在其他三种作用力,其中引力我们就经常接触。
科学家发现“暗物质”就和引力有关。
具体来说是这样,科学家发现,根据理论计算,我们可以算出星系周边的恒星运动速度。结果,他们发现这些恒星都跑得飞快。
就拿太阳系来说,太阳绕着银河系质心的速度理论上应该是160km/s,可实际观测得到的结果却是240km/s。
这有啥奥妙呢?其实我们可以想象一下,你甩起一个带线的耳机,当你甩的越来越快的时候,其实你拽住耳机的力就越大。也就是说,太阳跑得越快,实际上银河系所提供的引力就越大。但是,我们看到的物质所能提供的引力并不足以支持太阳运动得那么快。这就说明,一定还存在着某种物质提供了额外的引力。科学家就把这种物质称为:暗物质。
科学家还可以通过理论基础出暗物质在宇宙中的占比,目前来看,暗物质比可见物质的5倍还要多。
暗能量的发现其实很类似于暗物质,1998年,科学家通过观测Ia型超新星,就发现宇宙在加速膨胀,而我们要知道的是暗物质和已知物质其实提供的都是引力,也就是向内聚合的力,而宇宙要加速膨胀,意味着宇宙还存在着促使宇宙膨胀的物质,它就被我们称为暗能量。暗能量提供的是和引力相反的斥力,目前,我们只知道暗能量和空间有关。
除此之外,我们通过宇宙微波辐射还可以计算出暗能量的含量,最终,科学家惊讶地发现,宇宙中大多数的都是暗能量和暗物质,而可见物质其实只占了不到5%。
暗物质和暗能量目前已经是世界各国最前沿的研究方向,关于暗物质的观测已经有了各种直接或者间接观测的证据,也有了暗物质相关的理论。而暗能量目前还比较难搞清楚的。