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宇宙中的暗物质是什么?

(2015-11-12 20:13:52)
标签:

杂谈

(本文节选自《知识就是力量》杂志2015年11月刊《天体物理奇景:暗物质与暗能量》一文,作者:李庆康)

宇宙中的暗物质是什么?
星系团CL0024 17照片(暗物质是看不见的,基于引力透镜效应现象,图中的蓝色环带正是暗物质)


暗物质是什么?暗物质是如何形成的?暗物质是如何演化的?目前,这些问题把所有科学家都难住了。


如要彻底回答第一个问题,必须直接找到暗物质才能知道它是什么。根据已有的观测证据,科学家指出暗物质是一种在宇宙年龄尺度上稳定,不带电荷,参与引力相互作用,但几乎不参与电磁和强相互作用,目前尚未被认识的一种新物质。既然暗物质几乎不参与电磁和强相互作用,所以直接找到它是极为困难的。但科学家猜想,暗物质可能会与普通物质有某些微弱的相互作用、暗物质之间可能会碰撞和湮灭、普通物质之间的高能碰撞可能会撞出暗物质等,所以科学家正通过高能宇宙射线、地下深井实验、高能粒子对撞实验等方式寻找暗物质。


历史上,科学家是如何探索暗物质的呢?在1932年,奥尔特(Oort Jan Hendrik,荷兰天体物理学家)指出,要解释银河系中恒星的轨道速度,需假定太阳附近存在着暗物质。1933年兹威基(Fritz Zwicky,瑞士天文学家)观测室女星系团中的运动,认为星系团中存在大量暗物质。1939年巴布科克(Horace W.Babcock,美国天文学家)得到的星系旋转曲线是暗物质存在的强有力的证据,但很遗憾他未将它归因于暗物质。


到了20世纪60-70年代鲁宾(Vera Rubin,美国天文学家)和福特(Kent Ford,美国天文学家),首先利用星系旋转曲线这一强有力的证据深入研究了暗物质。


后来,很多观测结果表明:宇宙中不仅存在暗物质,而且是普通物质的若干倍。无论暗物质在宇宙中什么地方集结,普通物质都会如影随形。普通物质在暗物质压倒性的引力作用下,会无可抗拒地被吸引过去。这些普通物质形成了恒星、星系等。


确实,目前国内外有大量的实验在寻找暗物质,但现在基本还没有明确结果。所以,暗物质是目前笼罩在物理学晴朗天空中的一朵乌云。暗物质问题预示着物理学需要一次重大革命。


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