如果要问如今天文学家和物理学家最想搞懂什么?那相信在这个列表一定会出现暗物质和暗能量,或许还会有希格斯玻色子和中微子。其中,有关中微子、希格斯玻色子的相关理论已经诞生了,是先有的理论,再通过观测得到。相比它们,暗物质和暗能量就神秘的多。著名的物理学李淼曾经说过,关于暗能量,1000个物理学家就可能会有1000个暗能量的假说。关于暗能量我们其实知之甚少,连稍微靠谱一点的理论都没有。
而暗物质就不同了,虽然观测暗物质也是一件极其费事的事情。但是关于暗物质的理论和认识要相对深刻一些。那么问题就来了,暗物质到底有什么用?如果宇宙中不存在暗物质会如何呢?
暗物质有什么作用?
如果非要用一句话来概括暗物质的作用,大概应该是暗物质是星系的粘合剂。那为什么会这么说呢?
话说上世纪30年代起,科学家就发现了一个很神奇的现象。我们都知道,在宇宙中一个天体绕着另一个天体转是因为有引力的存在,爱因斯坦则把这个叫做时空的弯曲。比如,月球绕着地球转就是如此。
我们都知道,引力和物体的质量成正比,与距离的平方成反比。
通过牛顿力学的相关理论,我们知道,当一个物体绕转的速度越快,那说明所需要的引力就越大,这就意味着物体的质量就得相对大一些。实际上,不仅仅是地月系统,太阳系也是如此,乃至是银河系都是如此。
科学家就发现,按照目前的理论来看,大型星系中的恒星应该离星系中心越远,速度越慢,可万万没有想到的是,事实并非如此,它跑得远比理论要快得多。
就拿我们的太阳来说,照理说,太阳绕着银河系中心的速度应该是160km/s,这是通过理论算出来的,而实际上观测的结果却是240km/s,也就是说要比理论快了80km/s。
正如上文所说的那样,这意味着所需要的引力要比理论值大得多,通过万有引力定律,我们知道银河系的质量一定比我们计算的要多,也就是存在着看不到的“质量”,否则提供不了这额外的引力。
科学家也是由此来定义暗物质的,他们提出宇宙中存在着看不到的物质,提供者额外的引力,使得星系中的恒星的运动速度要高于理论值。因此,我们才说暗物质是星系的粘合剂。
如果暗物质不存在会如何?
实际上,暗物质看不到的一个最重要的原因是它不参与到电磁相互作用。在宇宙中存在着四种基本作用力,分别是电磁相互作用,引力相互作用,强相互作用和弱相互作用。其中强相互作用和弱相互作用都是在原子核层面的基本作用力,而我们平时所接触到的作用除了引力相互作用之外,剩余的都是电磁相互作用。暗物质不参与到电磁相互作用就意味着,他们看不到它,它可以任意穿越我们的身体。
而按照如今的研究来看,暗物质只参与到引力相互作用,以及有概率会参与到弱相互作用。这也是为什么我们看不到它的原因。
但是看不到它,并不意味着它不重要。实际上,没有暗物质就没有现在的我们。为什么这么说呢?
我们想象一下,假设就在这个时候,暗物质突然消失会如何呢?
那这就意味着各种大型的星系会失去大量的质量,这个质量大概是星系可见物质质量的5倍作用,按照万有引力定律,这就相当于损失了巨大的引力。
因此,恒星就会因为速度太快而飞出星系,大概率星系不可能拽得住它们的。也就是说,星系会慢慢地解体。
我们这也只是假设此时暗物质突然没有了。
如果宇宙当中就不存在暗物质,那宇宙会如何呢?
由于我们目前对于暗物质的了解还不够深刻,因此,我们只能从引力的角度来探究这个问题。如果宇宙从始至终就不存在暗物质,那宇宙大爆炸之后5亿年,原本是由于暗物质的存在,把物质聚集在了一起,形成了星系。
但由于暗物质不存在,宇宙也就无法形成星系,只能是许许多多很小的,散落在宇宙各处的迷你星系,甚至很多恒星都各自为战,而不形成星系。这就意味着不会有现在的银河系了。
而且宇宙的演化会有沿着完全不同的另外一条路径去发展,因为暗物质不存在。因此,也就很少会出现物质密度特别大的地方,产生的高顺位元素也会少很多。这就有可能会推迟生命出现的时间。也就是说,如果暗物质不存在了,这完全会改变如今的宇宙历史。