走进不科学 第736章

　　当时天文学家卡普坦就通过星体系统运动，间接推断出星体周围可能存在不可见物质。

　　接着在1933年。

　　天体物理学家兹威基利用光谱红移法，测量了后发座星系团中各个星团的运动速度和状态。

　　发现星系运动速度弥散度太高，如果仅靠看得见的星系质量产生的引力是无法将这些星系束缚在星系团中的，这些星系团将分崩离析。

　　不过暗物质真正的‘成名之战’，还是发生在1970年。

　　当时一个与起点知名女富婆同名，叫做薇拉·鲁宾的女教授，对银河系的邻居仙女座大星系……也就是M31的星系，进行了一次旋转曲线的测量。

　　所谓星系旋转曲线，是指距离星系一定距离处的星体，绕星系中心旋转速度的函数曲线。

　　用人话说就是公转速度。

　　如果星系的引力仅由可见物质提供，那么可以计算出旋转曲线应该会呈现出这样一个效果：

　　距离星系中心越远的星体，旋转速度应该越慢。

　　然而，薇拉·鲁宾对仙女星系进行观测时却发现……

　　实际的旋转曲线在超出一定距离后。

　　离星系中心越远的星体，旋转速度和内部几乎保持不变。

　　这意味着什么呢？

　　上过高中物理的同学应该都知道。

　　距离星系中心距离相同的情况下。

　　V1（也就是理论上应该拥有的较慢速度）和V2（薇拉·鲁宾观测到的旋转速度），二者的离心力是截然不同的。

　　前者低，后者高。

　　所以如果星系的引力仅由可见物质提供，那么理论上用V2旋转的星体将会被甩出星系。

　　除非……

　　那些星体被某些看不到的东西所吸引了，因而被束缚在了星系中。

　　也就是星系的实际质量，要比观测计算出来的质量更大。

　　这就是暗物质的万恶之源。

　　等到了2022年，暗物质的证据就很多了。

　　比如通过多种相互独立的测量方法得到的星系（或星系团）总质量，比其中普通物质的质量多出很多。

　　又比如关于宇宙微波背景辐射的观测。

　　又又比如关于不同宇宙年龄时形成星系团数量的模拟等等……

　　另外要提及一点的是。

　　目前对星系质量的计算方式已经非常成熟了，不会出现太大的误差。（具体方式可见281章）

　　所以呢。

　　以上那些情况是切实存在的，要想解释这些反常现象，人们有两种办法：

　　一是坚持已知的引力理论——也就是广义相对论的正确性，但引入某种电中性的物质提供额外引力源。

　　这种粒子其只参与引力但不参与电磁相互作用，无法通过电磁手段探测到它，故称为“暗物质”。

　　二则是不引入暗物质的概念，而是通过修改引力理论，使得修正后的理论在宇宙大尺度结构上符合天文测量结果。

　　粒子物理学家选择方案一。

　　因为毕竟引入新粒子是更经济和屡试不爽的办法，并且早先的许多模型引入后来被证明都是正确的，比如说希格斯粒子。

　　但广义相对论学家呢，则大多喜欢方案二。

　　因为又可以吃成长快乐了。

　　目前持观点一……也就是暗物质存在的科学家数量，要远高于后者。

　　比如咱们国家就发射了悟空号暗物质探测卫星上天探查，国外也有很多相关项目。

　　现在科学界比较准确的说法是这样的：

　　宇宙总质能中，只有4.9％的可见物质。

　　也就是我们看得见的星系、星云尘埃、恒星、行星等只占宇宙总质能的4.9％，还有95.1％，是26.8％的暗物质和68.3％的暗能量——这不是民科哈，是宇宙学如今比较统一的看法。（比如《science》的这篇10.1126/science.1146676还有这篇org/10.1093/mnras/staa3016）

　　不过需要明确的是。

　　虽然理论上支持暗物质存在的证据有很多很多，暗物质的存在概率要比‘引力子’大上了无数倍——这里的无数倍不是夸张，而是确实如此。

　　但截止到目前，人类依旧没有发现任何一种非广义概念的暗物质。

　　这玩意儿某种意义上有些像是黑洞：

　　大家都知道黑洞存在，但直到2019年事件视界望远镜拍到了吸积盘之后，人类才第一次从事实上确定了黑洞存在。

　　在那之前，物理学界和天文学界只能用现象去表明黑洞存在。

　　暗物质也是同理。

　　在中微子震荡发现之前，科学界一直认为中微子最可能是暗物质。

　　但在中微子震荡被发现后，这种可能就被pass了。

　　因为中微子震荡证明中微子在宇宙中星系形成时是相对论性运动的，如果它们作为暗物质的主要成分的话，将会阻碍星系乃至宇宙大尺度结构的形成，所以不能是暗物质的主要成分。

　　如今中微子被归类为了热暗物质……也就是以接近真空光速的速度运动、不参与电磁相互作用的暗物质的一部分。

　　这就好比进化论一直在找标准的‘人猿’，也就是界于原始人和猿猴之间的那种进化中间体。

　　但找来找去死活找不到人猿，就只能无奈把黑猩猩归类到了‘半步人猿’‘猿猴巅峰大圆满’‘可受人猿一击而不死’这种概念。

　　也就是硬算的话可以算进去，但没啥实质意义。

　　如今理论上符合暗物质条件的粒子模型，只有五种：

　　弱作用大质量粒子（WIMP）。

　　轴子。

　　惰性中微子。

　　超大质量粒子。

　　超轻矢量粒子。

　　其中最有意思的是WIMP和超大质量粒子。

　　WIMP也叫冷暗物质，这类粒子如果存在的话，它们会在宇宙大爆炸之初大量产生。

　　然后在宇宙的温度降低至WIMP粒子的质量能标之后，它们会快速地相互湮灭。

　　最终剩余一部分遗留至今，成为暗物质。

　　徐云在科院认识一个很喜欢仙侠小说的老教授，他还给WIMP取了一个很有仙侠气息的绰号：

　　道标。

　　这也是目前研究人员最多、话题度最高的一种模型。

　　至于超大质量粒子么……又称为哥斯拉粒子、耳根粒子。

　　它指的是质量大于暴胀能标……约10^13 GeV的一类粒子。

　　这玩儿意的运行机制不是重点，而是它一旦真的被发现，那乐子可就大了：

　　因为这玩意儿可以通过其他热粒子湮灭的“freeze in”机制产生，是引力子的一种传播子。

　　所以发现超大质量粒子，几乎就是买一送一发现了引力子。

　　由于这五种微粒目前都找不到，所以业内也将这种现象称之为五子不行。

　　当然了。

　　除了这五种模型之外，原初黑洞也是一种天体型暗物质候选者。

　　这种黑洞与恒星坍缩成的黑洞非常不同，它不是由天体物理过程演化形成的，而是从极早期宇宙的密度涨落直接形成的。

　　参加过宇宙大爆炸的同学应该都知道。

　　在宇宙诞生的极早期，宇宙暴胀为宇宙带来了原初的密度扰动。

　　如果某些时空区域的密度扰动幅度足够大。

　　那么随着视界扩大它就会包含足够多的物质，直接把这片时空区域坍缩成黑洞，这就是所谓的原初黑洞。

　　众所周知。

　　黑洞质量越大蒸发速度越慢。

　　由计算可知，质量大于10^9吨的原初黑洞经过了138亿年的演化依然可以存活到今天，从而充当暗物质。

　　未来的空间引力波探测实验，如LISA或我国的太极计划，目的之一也都是在寻找这种黑洞。

　　只是没想到……

　　整个科学界都迫切期待的暗物质，居然就这样被意外的发现了？

　　这可是不下于海贼王的宝藏啊……

　　如今再仔细顺着时间线回看回去。

　　不存在静质量定义、没有实体、非基态情况下不会和任何粒子发生交互……

　　甚至就在不久前基态处理的过程中。

　　徐云他们还发现过高能光子结果不太明显，不变质量分布无规律的情况……

　　还有暗物质的重要特性之一，动能远小于对应的静能……

　　可以这样说。

　　除了没有确定过孤点粒子这玩意儿是否经过138亿年的演化遗留至今之外。

　　此前孤点粒子展现出的所有属性，都是标准到不能再标准的暗物质特征！

　　这应该说是众里寻他千百度呢，还是该说是无心插柳柳成荫？

　　想到这里。