不參與電磁力的物質(zhì)

目前可觀測(cè)到的物質(zhì)產(chǎn)生的引力確實(shí)不足以維持銀河系的形態(tài)。那這具體是咋回事呢？

這我們要從上世紀(jì)30年代說(shuō)起，當(dāng)時(shí)就有天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，就是他們?cè)谟^測(cè)星系團(tuán)邊上的恒星系時(shí)，發(fā)現(xiàn)這些恒星系都跑得特別快，快到什么程度呢？

具體來(lái)說(shuō)，就是我們可以通過(guò)牛頓的萬(wàn)有引力公式來(lái)計(jì)算這個(gè)速度，而實(shí)際觀測(cè)的速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論計(jì)算的速度。

就拿我們銀河系來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)系如果通過(guò)理論計(jì)算應(yīng)該是160km/s，而實(shí)際觀測(cè)到的速度達(dá)到了220km/s。

如果你手邊有個(gè)帶線的耳機(jī)，你可以試一下，把耳機(jī)甩起來(lái)繞圓周運(yùn)動(dòng)，如果甩得越快，這個(gè)耳機(jī)就越有要飛出去的趨勢(shì)，你就需要有更大的力氣抓住。同樣的道理，銀河系要抓住太陽(yáng)系，其實(shí)也需要足夠的質(zhì)量，這樣才有足夠的引力。但事實(shí)上，所需要的引力要大于銀河系所能夠提供的質(zhì)量，這意味是不是存在什么人類無(wú)法觀測(cè)到物質(zhì)存在。而且這個(gè)物質(zhì)只提供引力，由于我們觀測(cè)是通過(guò)電磁波，因此這個(gè)物質(zhì)是不參與電磁力的。

于是，科學(xué)家就開(kāi)始尋思這到底是什么到底，具體來(lái)說(shuō)，有這么幾種可能。

第一種就是黑洞，光子都跑不出去黑洞，因此肯定不可能用電磁波的方式來(lái)觀測(cè)，而且黑洞確實(shí)引力巨大。

第二種是已經(jīng)冷卻躺尸的中子星和白矮星，這些星體是不會(huì)發(fā)生核聚變的，只要原來(lái)的熱量消耗完就徹底涼了，超遠(yuǎn)距離是肯定看不見(jiàn)的。

第三種就是中微子，因?yàn)橹形⒆淤|(zhì)量極其小但畢竟還是有質(zhì)量的，而且中微子穿透力超級(jí)強(qiáng)，我們要捕捉到中微子的難度極其大，因此只要中微子的量足夠多，那是有那么一絲絲理論上的可能。試想一下，每秒鐘穿透一個(gè)人身體的中微子要達(dá)到1000萬(wàn)億個(gè)，但我們毫無(wú)察覺(jué)，這就能知道它的穿透力有多強(qiáng)，多難觀測(cè)到了。

暗物質(zhì)：星系的粘合劑

為了搞清楚到底是什么，科學(xué)家可是進(jìn)行計(jì)算，這個(gè)計(jì)算主要是針對(duì)于“質(zhì)量”，看看額外的引力需要多少質(zhì)量的物質(zhì)來(lái)提供。不算不知道，一算真的是嚇一跳。這個(gè)物質(zhì)是我們可觀測(cè)到物質(zhì)的5倍。

如果是黑洞的話，那豈不是到處都是黑洞，那地球才造就被黑洞吃干凈了。

同樣的道理，如果是中子星，白矮星，中微子，那宇宙應(yīng)該是是擠滿了這些東西，我們不可能看不到。所以也都被排除掉了。

于是，沒(méi)辦法了?？茖W(xué)家只能假設(shè)存在一種物質(zhì)叫做：暗物質(zhì)。不過(guò)，暗物質(zhì)是什么，我們是真不知道。說(shuō)實(shí)在的它就是一個(gè)科學(xué)家用紙筆加觀測(cè)推演出來(lái)的。但是它的存在是可以被證明的。如果沒(méi)有它，各種星系就會(huì)分崩離析，所以它真的是名副其實(shí)的星系粘合劑，這也是一個(gè)間接證據(jù)。

除此之外，現(xiàn)代天文學(xué)還有幾種辦法來(lái)觀測(cè)它，首先就是引力透鏡。下圖就是科學(xué)家通過(guò)哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)星系團(tuán)CL0024+17，發(fā)現(xiàn)存在一個(gè)暗物質(zhì)圈，也就是途中藍(lán)色的部分。

除了引力透鏡，還有宇宙中大尺度結(jié)構(gòu)的形成、微波背景輻射等方法和理論。其中，我們通過(guò)宇宙微波背景輻射可以獲知，宇宙誕生之后38萬(wàn)年的時(shí)候，也就是宇宙微波背景輻射剛剛被釋放出來(lái)。當(dāng)時(shí)的全宇宙溫度和物質(zhì)密度非常的均勻，全宇宙各處幾乎沒(méi)啥差別。

但后來(lái)是什么把物質(zhì)聚合起來(lái)的呢？要知道我們可以觀測(cè)到的物質(zhì)都會(huì)釋放電磁輻射（只要是高于絕對(duì)零度的物質(zhì)都會(huì)），不僅會(huì)釋放，同時(shí)還能接收熱輻射。我們可以把宇宙現(xiàn)象成一杯熱水，如果我們把冷水倒進(jìn)去，結(jié)果會(huì)咋樣？溫度會(huì)隨著時(shí)間，最后分布均勻，不會(huì)一處冷，一處熱。這其實(shí)就是一個(gè)熱平衡的過(guò)程。

所以，事實(shí)上，如果按照宇宙誕生38萬(wàn)年的節(jié)奏發(fā)展，宇宙中應(yīng)該一直均勻地分布著各種物質(zhì)，而不可能出現(xiàn)現(xiàn)在這樣的星系或者恒星系的。而暗物質(zhì)正好是不參與電磁相互作用的。因此，是它們把可觀測(cè)的物質(zhì)進(jìn)行聚合的，我們現(xiàn)在宇宙中，可觀測(cè)到的一切的星系，恒星，甚至是黑洞，都是受到暗物質(zhì)的影響才形成。

而且，暗物質(zhì)應(yīng)該就像中微子一樣，廣泛存在于宇宙空間當(dāng)中，甚至這個(gè)時(shí)候正在穿過(guò)你的身體，因?yàn)樗粎⑴c電磁力，所以你壓根感知不到。我們甚至可以說(shuō)，整個(gè)地球都是被暗物質(zhì)包圍著，但我們就是看不到它。

不過(guò)，事實(shí)可能要比我們現(xiàn)象中的復(fù)雜，2018年和2019年，就分別有天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)星系是不存在暗物質(zhì)的。

對(duì)于暗物質(zhì)的研究其實(shí)是未來(lái)科學(xué)發(fā)展的重點(diǎn)，各國(guó)都設(shè)立了研究暗物質(zhì)的觀測(cè)項(xiàng)目，我們國(guó)家有“悟空”探測(cè)器，對(duì)于它的了解，將很有可能打開(kāi)一番新的天地。

最后，我們來(lái)總結(jié)一下，暗物質(zhì)是假設(shè)出來(lái)的物質(zhì)，是它提供了額外的引力，使得星系可以聚合。而且它很有可能是宇宙誕生的38萬(wàn)年后，把物質(zhì)聚集起來(lái)的原動(dòng)力。