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研究了152個星系后,天文學家認為:暗物質也許并不存在

20世紀30年代,科學家發現能夠觀測到的物質并不足以維持星系的穩定運行,他們相信在目前我們能夠探索的物質之外,還可能存在著一種我們看不見的物質:暗物質。

它不屬于已知的任何物質,獨立于人類的認知體系之外,這聽起來似乎有些天方夜譚,但諸多證據表明,暗物質不僅存在,而且數量要遠超于可見物質。

我們看到的日月星辰以及世界萬物都來自于可見光的反射,光屬于電磁波的一種,除了人類可見的光波之外,還有很多不可見的波段,而宇宙中所有已知的物質都會向外輻射熱量,所以那些不可見的波段則可以通過熱量進行探測,通過紅外波段展現出來。

暗物質則不一樣,它既沒有反射可見光,也不會散發熱量,這意味著暗物質沒有電磁相互作用力和強互作用力,而這兩種力又是人類已知粒子中必須存在的基本力,因此暗物質絕不是我們熟悉的任何一種粒子,在現有的技術下沒有任何辦法對它進行觀測。

對于這樣一種完全不能觀測的粒子,科學家又是如何確定它真的存在呢?

這就要從宇宙最基本的秩序說起

盡管宇宙浩瀚而廣闊,有著難以計數的恒星和行星,但它們的運行并不是一團亂麻,而是有著完整的秩序和規律在其中,行星和恒星組成恒星系,其中恒星的質量占據恒星系的絕大部分,所以行星會圍繞恒星公轉,而整個恒星系又以同樣的原理圍繞著星系,一層一層構建起了規律的宇宙。

其中維持規律的就是引力和離心力,恒星的質量較大,在自身的引力下會把行星拉向自己的引力中心,如果放任引力不管,恒星最終會與行星相撞,這時就需要離心力來維持平衡,行星在圍繞恒星做公轉時,就產生了一個和恒星引力方向相反的離心力。

直至離心力和行星受到的引力持平時,行星就擁有了一個穩定的公轉軌道,假如沒有強大的外力干預,這樣的平衡會難打破。

在更[[大尺度]]的星系上,恒星系和星系的關系就像行星和恒星,恒星系會圍繞著星系中心的超大質量黑洞做公轉運動,理論上來說,絕大部分星系都應該符合這樣的規律,但真實的觀測結果卻相差甚遠。

星系的中心部分物質十分密集,絕大部分質量也集中在這里,那麼靠近中心的恒星公轉速度將會比外圍的恒星快許多,就像太陽系中越靠外圍的行星公轉速度越慢一樣,否則星系會很難保持穩定。

以銀河系為例,理論上來說,太陽圍繞銀河系中心的公轉速度應該為160km/s,但實際的測量卻顯示,太陽的速度居然為220km/s。

在如此高的公轉速度下,離心力本應遠遠大于銀河系中心的引力,太陽會逐漸甩出去脫離銀河系類比來看,其他恒星系應該也是同樣的狀況,在這樣的條件下,銀河系本該早就分崩離析了,但事實顯然不是如此。并且銀河系并不是個例,其他的星系也幾乎都是同樣的狀況。

這意味著,有一種我們看不見的物質在提供額外的引力,即所謂的暗物質,時至今日暗物質已經成為了主流宇宙學模型的核心,不過由于至今也沒有觀測到暗物質的蹤跡,仍然有不少科學家并不相信宇宙中存在這一奇特的物質,他們試圖找到某種替代方案,去解決星系中的引力異常。

引力的問題要從牛頓的萬有引力定律下手,于是有些科學家認為,引力的強度可能不僅僅是與距離的平方成反比那麼簡單,除此之外,天體之間應該還有引力的殘留,即無論相隔多遠,都仍然有微小的引力加成。

這樣殘留極其微弱,但足以解釋星系間的引力問題了。不過一個簡單的概念還不夠,相應的引力方程也需要修改,後來該理論發展出了完整的多個版本,其中一個簡稱為AQUAL。

它和暗物質理論都能解決異常的問題,不同的是暗物質模型認為星系的自轉受質量分布的影響,所以星系內側和外側恒星的軌道速度曲線是光滑過渡的,而AQUAL的模型曲線并沒有那麼光滑,這樣的不光滑幅度非常小,但如果觀測大批星系時,就能發現其中的偏差。

近日科學家通過斯皮策望遠鏡的數據庫對152個星系展開了研究,結果顯示,這些星系的軌道速度曲線似乎更符合AQUAL的模型。

雖然僅有這一點還不足以撼動主流的暗物質理論,并且自身還有些暫時無法解決的問題,但它仍為我們提供了新的思路,或許暗物質就像當初的以太一樣,它們都并不存在。

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