天文科普:“暗物質(zhì)”、“暗能量”存在嗎?
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發(fā)布時(shí)間:2020-07-11
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“暗物質(zhì)”、“暗能量”存在嗎?


按照現(xiàn)有的科學(xué)理論,宇宙的構(gòu)成可以分為三個(gè)部分:空間、物質(zhì)和能量,愛(ài)因斯坦的引力理論——廣義相對(duì)論,把這三者緊密聯(lián)系在了一起。引力是衛(wèi)星、行星、恒星運(yùn)動(dòng)的主要原因,一個(gè)物體施加給其它物體的引力大小,只取決于它們的質(zhì)量和距離,因而只要觀察物體在空間的運(yùn)動(dòng),就可以計(jì)算出引發(fā)這一運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量大小。


比如在太陽(yáng)系中,太陽(yáng)質(zhì)量所產(chǎn)生的引力,拖拽著各大行星繞著它轉(zhuǎn)動(dòng)。離太陽(yáng)越近的行星受到的引力越大,保持軌道所需要的運(yùn)動(dòng)速度就越快。根據(jù)引力方程,只要知道了行星圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的速度,以及它們之間的距離,就可以計(jì)算出太陽(yáng)的質(zhì)量;或者也可以根據(jù)后兩者的數(shù)據(jù),反過(guò)來(lái)計(jì)算行星的軌道。


廣義相對(duì)論在計(jì)算太陽(yáng)系各星體的質(zhì)量和它們的軌道方面取得了成功。從理論上說(shuō),廣義相對(duì)論的運(yùn)用應(yīng)該不僅僅適用于太陽(yáng)系,同樣可以擴(kuò)大到星系層面,能用來(lái)解釋星系質(zhì)量與星系內(nèi)恒星的運(yùn)動(dòng)速度之間的關(guān)系。因?yàn)橐粋€(gè)星系中的大部分恒星都處在星系盤(pán)上,在不斷地圍繞著星系中心運(yùn)動(dòng),這和行星在圍繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)沒(méi)有什么兩樣。


然而問(wèn)題出現(xiàn)了。在所有的觀測(cè)中都發(fā)現(xiàn)了同樣的情況,那就是星系的質(zhì)量與星系內(nèi)恒星的運(yùn)動(dòng)速度不匹配,根據(jù)引力方程計(jì)算的結(jié)果,星系必須擁有比現(xiàn)在大得多的質(zhì)量,才有可能將這些恒星保持在它們現(xiàn)有的軌道上。這些質(zhì)量到哪里去了呢?科學(xué)家們猜測(cè),星系中應(yīng)該存在著一類(lèi)我們看不見(jiàn)的物質(zhì),那就是“暗物質(zhì)”。


這些暗物質(zhì)自身不發(fā)射電磁輻射,也不與電磁波產(chǎn)生相互作用,這樣我們就無(wú)法感知到它,只能通過(guò)引力產(chǎn)生的效應(yīng)猜測(cè)它可能存在。


“暗能量”的發(fā)現(xiàn)照樣跟引力有關(guān)。人們想,從引力的角度來(lái)看,既然宇宙中的每一個(gè)部分都被其它部分吸引著,那么它應(yīng)該能夠遏制宇宙的擴(kuò)張。然而我們觀測(cè)到的事實(shí)卻是,宇宙正在加速膨脹。這一事實(shí)暗示著,必定存在一種東西,在推動(dòng)著宇宙的膨脹,它是不同于已知的物質(zhì)、能量和暗物質(zhì)的東西,人們把它稱(chēng)為“暗能量”。


對(duì)于暗物質(zhì)是否真的存在,人們其實(shí)沒(méi)有絕對(duì)的把握。因?yàn)檫€存在另外一種可能,那就是也許愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論,僅僅只是在太陽(yáng)系內(nèi)適用,一旦擴(kuò)展到星系、星團(tuán)甚至整個(gè)宇宙的層面,那就完全失效了。這種情況完全有可能出現(xiàn),萬(wàn)有引力定律只是相對(duì)論這個(gè)更普適理論的一個(gè)特殊情況,說(shuō)不定相對(duì)論本身也是如此,只是一個(gè)更大理論的組成部分?


同樣地,對(duì)于暗能量是否真的存在,我們目前更是無(wú)法確認(rèn)。


假如愛(ài)因斯坦的引力方程在整個(gè)宇宙中都適用,那么根據(jù)最近的測(cè)量,宇宙中僅有5%的物質(zhì)和能量是常規(guī)物質(zhì),其余是23%的暗物質(zhì)和72%的暗能量。也就是說(shuō),我們目前所能了解的只是宇宙5%的部分,對(duì)于其余絕大部分我們還一無(wú)所知。


暗物質(zhì)與暗能量時(shí)刻都在提醒我們,我們對(duì)于世界的認(rèn)知過(guò)分依賴(lài)于我們的感官和思維。假如有一種事物,既不為我們的感官所感知,又不與我們能感知到的事物之間產(chǎn)生相互作用,那么我們根本就不可能斷定它是否存在。


暗物質(zhì)、暗能量是否真的存在?世界上會(huì)不會(huì)有這樣的事物,它雖然存在,我們卻永遠(yuǎn)也無(wú)法感知?比如鬼魂、科技高度發(fā)達(dá)的外星人,還有上帝?



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