【博科园-科学科普】人体由大约10^28个粒子组成，这些粒子都被束缚在一起。一般人的质量在50到100公斤之间，很大程度上局限于地球表面。然而，暗物质的表现非常不同。它不与核力或电磁力相互作用。它不会与其他粒子或自身发生碰撞。它只会经历一种引力，据我们所知，这是它发挥的唯一力量。那么，如果你的身体里所有的粒子都被转化成暗物质粒子，你会发生什么呢？
如果组成一个人的粒子立即转化成暗物质粒子，情况会有什么不同？图片：Max Pixel / public domain
在地球上，我们是由正常物质组成的：主要是原子的形式，在亚原子水平上原子核被强大的核力结合在一起，使得元素周期表中的各种元素能够稳定地共存于同一物体上。它是将我们的身体凝聚在一起的电磁力，将这些原子结合成分子、细胞、器官和整个人体。地球的引力使我们保持在地面上，而地球上的原子之间的电磁力量阻止我们从地面坠落。与此同时，地球围绕着太阳旋转，它围绕着银河系，在太空中旋转。
国际空间站绕着地球旋转，绕着太阳旋转，同时在银河系中移动。图片：NASA
如果我们把自己变成暗物质，而不是普通的物质，会怎样呢？
如果不是由标准的模型粒子组成，而是在经历了所有基本力的完整集合的情况下，我们过渡到由粒子组成，而这些粒子在我们的知识中，只有在引力作用下才会相互作用；第一个发生在你身上的事情是再也不能以任何方式被束缚在一起了，任何看着你的人都会立刻看到你消失了。把原子核和质子聚集在一起的核力会消失，导致原子和分子呆在一起的电磁力将会消失，你的细胞和器官和整个身体将停止在一起（立即被分散消失）。
没有幻想，像烟一样的视觉效果，详细描述你的转变。你只会停止被看到，粒子会让你从四面八方乱流。图片版权：intographics / Pixaba
相反，由于这些粒子的热运动速度约为3000米/秒(对于每一个质子和中子)，一旦形成的暗物质就会分散开来，随机向各个方向移动。但即使是在这样的速度下，这些暗物质的粒子仍然会被束缚在地球上，因为这仍然远远低于脱离地球引力所必需的速度。每一个粒子，尽管在一系列随机的方向上运动，但会突然进入一个椭圆轨道，以地球的中心为一个焦点。如果没有电磁力来阻止暗物质穿过地球，它就会这样做，直到它弹回到它最初的位置：一个大约88分钟的旅程。
如果一个暗物质粒子以相当于你体内质子速度的速度飞行，它就会形成一个以地球中心为焦点的大致椭圆轨道。因为它不会与物质发生相互作用，它只是简单地穿过固体地球，就像它是空的空间一样。图片：Ron Kurtus / School for Champions / https://www.school-for-champions.com/science/gravity_newtons_cannon.htm
值得注意的是，一旦形成的暗物质粒子在经过地球时不会失去任何能量。因为除了重力，没有外力作用会继续让这些轨道无限地运行，上升到地球表面，回到原来的位置，虽然不是在同一时间。你永远不会从这些暗物质粒子中重新形成你原来的身体形状，但是每一个粒子都会穿过你的身体所在的地方，那一刻它就变成了暗物质。
月球在地球上产生了潮汐力，它不仅引起我们的潮汐，而且导致地球自转的制动，以及随后的一天的延长。图片版权：Wikimedia Commons user Wikiklaas and E. Siegel
因为地球，太阳，银河系，以及我们所知道的其他一切都遵循万有引力定律，这只是最终导致暗物质与地球上的原子不同的差别力量。非常，非常缓慢地，月球和太阳在旋转地球上的潮汐摩擦导致我们的地球自转减慢，这意味着每一年的时间延长了10 - 20微秒。稍微长一点的一天意味着地球表面的所有东西，从地面到海洋到大气，需要更长的时间才能回到起点，但不是暗物质。
尽管银河系中大多数暗物质存在于一个巨大的光环中，但每一个暗物质粒子都在引力作用下形成一个椭圆轨道。图片版权：ESO / L. Calada
随着时间的推移，暗物质会慢慢漂移，因为地球变慢了。暗物质并没有受到引力的影响，所以即使地球的自转发生了变化，暗物质也没有反应。在仅仅一年之后，暗物质返回的位置将会下降约半米(约20英寸)，随着时间的推移，几何级数会增加。十年后你最后所知的位置将与黑暗物质返回到超过半公里的地方不同——大约1700英尺。
虽然地震引起地面裂缝的原因很有名，但它们也改变了地球的自转，轻微地缩小了地球的直径，并对地表位置的完全旋转产生了影响。暗物质受到这些因素的影响。图片版权：Wikimedia Commons user Katorisi
只要地球的引力之舞，太阳系和银河继续存在，那曾经是你的暗物质就会被束缚在地球上。它会相对于所有其他物质漂移，在一个近似椭圆轨道上运行，大部分时间都在地球内部。但每隔一段时间，它就会回到你原来的位置，因为在暗物质的工作中没有耗散力。如果没有其他力，你就会停止作为一个有界的实体存在，如果你变成了暗物质，那是真的。但如果没有这些耗散力，这些粒子就会回到原来的位置，即使地球的轨道随着时间而改变。在最基本的方式中，能量和动量是真正守恒的，这就是解释暗物质的行为的原因。
知识：科学无国界，博科园-科学科普
作者：Ethan Siegel（天体物理学家）
来自：Forbes science
编译：卿君侧
审校：博科园
