暗物质是怎样的?物质之间有怎样的作用?人们能否测量暗物质?
01
暗物质与其他物质的碰撞
1、宇宙中的暗物质
过去存在两个星系团,每个星系团都含有一些常规物质,即恒星、行星、气体、尘埃等,除了这些常规物质外,还包括暗物质,当两个星系团发生碰撞时,气体和尘埃会互相碰撞,但暗物质与其他暗物质发生碰撞时,又会发生什么?
事实上,我们无法发现任何东西,暗物质团会不断地在彼此之间穿行,就像它们是透明的一样,当然星系中的恒星也会穿行,但这是因为它们在太空中太稀少,所以它们不会互相碰撞。
这就是说,当这两个巨大的物质团相互碰撞时,普通物质团彼此爆炸,所以本质上来说,碰撞使这些星系中的气体和尘埃脱离,其中的暗物质团相互穿插。上述两点,就是天文学家发现暗物质存在的两大证据。
2、人们认识中的暗物质
暗质是很奇怪的,跟我们所熟悉的不一样,关于暗物质,我们知道以下几点:第一,它具有质量。第二:看不见。第三,它与普通物质没有反应。第四:与其它暗物质也没有反应。第五:不是所有的都在远处。
暗质通常会聚集在一起形成一个大的物质团,而且它喜欢与星系呆在一起,而且目前还没有发现在没有星系的地方有单独的暗质。这就是说,现在的我们就呆在暗物质里,想一想就会觉得很奇怪,明明有一种物质在那儿,却看不见,这就是为什么研究暗物质很难,因为我们跟它没有任何互动。
02
暗物质之间的相互作用
只有一种力量是“暗物质”的一般物质之间的相互作用共有4种方式:第一类:重力。当两种物质都有质量时,它们会互相吸引。第二类:电磁力。当两个粒子带着电荷时,两个粒子之间就会产生电磁力,电磁力能使两个物质互相吸引,或使两个物质互相排斥,这取决于它们带着的电荷是否相反或相同。
1、人们对于电磁力的举例
你们不要觉得电磁力离我们的生活太远了,事实上,我们每天都能感受到这种力,当我们站在地面上而没有被地球的引力拉着陷进地里时,你们可能感觉到有地板支撑着你们,这地板支撑着你们的力是什么?事实上,这就是电磁力,因为地板上的分子由于电磁力的作用而紧密地结合在一起,而把你的脚排斥了。
2、弱合力作用
这个力在许多方面类似于电磁力,但它很弱。正是由于中微子的这种作用力以及其它粒子的作用,才使得它们之间的相互作用如此微弱,以至于能穿过厚厚的铅块而不被减速。热能虽然非常微弱,但当能量非常高时,这种微弱的力就会变得和电磁力一样强,事实上,最近的研究已经证明,就是这种微弱的力形成了电磁效应。
这一力,在我们的日常生活中,并不多见,它是在原子核内把质子和中子粘在一起的这种力,如果没有这一力,原子核内带正电荷的粒子,就会相互排斥,四散而逃,也就是说,这个强合作用力实际上要比电磁力大得多,才能把质子束缚在一起。然而,由于这个力的特性,使得它的作用范围很短,一旦两个质子之间的距离稍大一点,这个力就不存在了。
在这里,你需要从不同的角度来看这四种作用力,在自然界中,总共存在着四种作用力,我们要将这四种作用力一一找出。实际上并非如此,从某种程度上说,物理和植物学也是如此,我们目前还不知道为什么这些力会存在,我们只是记录下我们所观察到的,并将它们按四种相互作用方式进行分类,我们现在还不知道,这四种力究竟是不是统一的作用方式,我们甚至不知道由这四种力组成的列表是否是一个完整的列表,只能说,到目前为止,我们还能用这四种力来解释每个粒子物理实验的结果。
谈到这四种相互作用力,我们可以说是暗物质,首先,暗物质具有质量,因此它具有引力,但能确定的信息,也只有这些,截至目前,人们对暗物质的认识,是它不参与电磁作用,也不反射或发射光,而且暗物质似乎也没有弱合力和强合力,也就是说,暗物质,我们只能看到它与其它物质之间的相互作用,其它三种力都不具备,有质量的东西,我们称它为“物质”。我们不能看到暗物质,所以我们称这种物质为“暗物质”。
03
怎样才能推测暗物质
为了让人们对暗物质的研究有所进展,科学界还是需要一些猜测的,首先是猜测,然后我们根据已有的知识来推断,最后是设计一些实验来测试,那么你也许会说,暗物质也许是由我们所不认识的生物组成的,当然也可以这么想,但它太难验证了,所以它在科学上不是首选,一个更简单、更具体的想法是,暗物质是由一种新的粒子组成的,我们还没发现过,这些粒子以一种我们还不知道的作用力,与普通物质非常微弱的相互作用。
因为这个最简单的方法,就是先验证这个想法,那么如果猜暗物质是由12个粒子组成,那么要怎么去验证呢?因此只能从最简单的假设开始,当然,暗物质也完全可以由几种粒子组成,就像一般物质一样,这些“暗粒子”可能有各种各样有趣的相互作用力,可能会产生“暗化学反应”,甚至可能有“暗生命”的存在,目前这一猜想中的候选粒子被科学家们称为“WIMP”,它是英文字母的缩写,意思是:“大质量弱相互作用的粒子”。
所谓“弱相互作用”,就是推测它是通过一种新的“力”,和我们这种普通物质发生作用的,这种作用很小,几乎和中微子和普通物质发生作用一样。我们如何知道暗物质粒子是通过一种新的“力”而非“原有力”与普通物质发生作用?实际上科学界也不知道,只是科学家希望知道。