第624章 宇宙不是法外之地！暗物質也要納入

  第624章 宇宙不是法外之地！暗物質也要納入大爆炸理論！三大驗證方案！

  暗物質的提出，深深震撼了在場所有人。

  這個名字體現出它與普通物質截然不同的性質。

  它簡直就像游離在人類感知之外的幽靈，神秘莫測。

  

  很多人會覺得暗物質是後世才出現的概念。

  其實不然。

  真實歷史上，早在1922年，荷蘭天文學家卡普坦就通過星體運動的異常，提出了「看不見的物質」。

  但是它對於這種物質的性質一無所知，僅僅是個概念。

  接著，1932年，奧爾特在研究銀河系自轉問題時，證明了卡普坦的猜想。

  但是他同樣沒有給出暗物質的進一步描述。

  1933年，茨維基在研究星系團時，再次深入地驗證了暗物質假說。

  而且他比較激進，大肆宣揚暗物質的存在，引發天文學界的震動！

  在後世，有人稱「茨維基是最被冷落的天文學家」。

  甚至認為他是天文學領域的愛因斯坦！

  他顛覆了人們固有的認知。

  但很可惜，當時的天文學界很少有人支持暗物質假說。

  因為它太匪夷所思了，完全無法理解。

  宇宙中怎麼可能存在不發射、不反射、不吸收電磁波的物質呢？

  甚至連愛因斯坦都曾和天文學家們討論過暗物質存在的可能性。

  不過最終也沒有得出確切的結論。

  到了20世紀70年代以後，天文學飛速發展。

  各種觀測手段越來越先進，天文學家能觀察的現象也越來越多。

  雖然暗物質不參與電磁相互作用，但它參與引力相互作用。

  通過一些特殊的力學方法，能夠間接證明其存在。

  這已經是目前科學界的共識了。

  但暗物質的本質到底是什麼？

  組成它的粒子又是什麼？

  仍然還沒人知道。

  物理學家曾找到不少暗物質的備選粒子，但最終都被證明是錯誤的。

  目前為止，它依然是宇宙間最神秘的現象之一。

  此刻，李奇維的身份地位不是奧爾特和茨維基能比的。

  而且，他還結合了原子物理的發展，這就使得暗物質理論有非常高的可信度。

  回想起布魯斯教授之前所做的種種預測，在場幾乎有一半人心中是支持暗物質理論的。

  這時，大佬們逐漸回過神來。

  他們打心底希望暗物質存在，因為這會顛覆人們對宇宙的認知。

  所以，大佬們現在想的不是質疑暗物質，而是如何去證明？

  而且從某種意義上講，證明就是質疑。

  如果證明不了，那麼這個猜想就不攻自破。

  當然，它依然具有極強的理論參考價值，至少能解釋星系質量問題。

  於是，海耳問道：

  「布魯斯教授，既然你說的暗物質，人類根本無法感知，那麼要如何證明它存在呢？」

  眾人頓時聚精會神，神色激動。

  開玩笑，若是誰能完美證明暗物質存在，那絕對不弱於證明宇宙膨脹、發現黑洞等偉大成就。

  李奇維聞言，略作思考，說道：

  「星系和星系團的運動是最直接的驗證方案。」

  「接下來，我認為可以通過對大量星系進行同樣的觀測。」

  「暗物質如果存在，它大概率是分布在宇宙的各處。」

  「所以，類似銀河系和后髮座星系團的現象，肯定不會是個例。」

  「通過大量研究，或許我們能夠估算出宇宙中暗物質和普通物質的真正比例。」

  嘩！

  眾人點點頭。

  這又是一個龐大的基礎工程，個人很難獨自完成。

  大家忽然無比佩服布魯斯教授，如此有先見之明地號召組建了國際天文學聯合會。

  以全球合作之力，探索這種神秘物質。

  而眾人則在布魯斯教授的帶領下，不斷揭開宇宙的面紗。

  2006，天文學家觀察到了迄今為止對暗物質存在最有力的證據。

  也是通過力學的方法，但是和星系自旋和星系團運動都不同。

  而是一種全新的力學現象。

  那是兩個星系團之間的碰撞，也稱「子彈星系團碰撞」。

  這種現象非常罕見，又恰好被太空望遠鏡記錄下來。

  這次碰撞的過程和結果，完美證明了暗物質的存在。

  過程簡單理解是這樣的：

  科學家發現了一個星系團，並命名為子彈星系團，它包含了成千上萬個星系。

  在子彈星系團的內部，也就是各星系之間，存在著大量的氣體物質。

  科學家經過測算後，發現這些氣體的質量竟然是恆星質量的7倍多。

  所以，子彈星系團物質組成主要有三大項：恆星物質、氣體物質、暗物質。

  當子彈星系團與其它星系團發生碰撞時，由於三種物質性質的差異，就會導致不同的現象。

  首先是恆星物質。

  兩個星系團碰撞，聽起來好像會發生一場驚天動地的大爆炸。

  比如50億年後，銀河系和仙女座星系會發生碰撞，很多人擔心銀河系就此灰飛煙滅。

  其實這是不可能的。

  因為宇宙太空曠了！

  距離太陽最近的恆星也有4光年之遠。

  兩個星系碰撞後，其中恆星相遇的可能性微乎其微，最終的結果就是互相穿透而過。

  星系團和星系碰撞的效果類似。

  所以，當子彈星系團碰撞後，恆星物質幾乎沒有任何變化。

  但是氣體物質就不同了。

  它瀰漫在星系團內部各處，當發生碰撞時，會與另一個星系內的物質激烈作用，並釋放出強烈的X射線。

  因此，通過觀測X射線的情況，就會發現，碰撞一段時間後，氣體物質明顯滯後於恆星物質。

  這點很好理解吧，恆星幾乎不碰撞，所以先穿過去。

  最後是暗物質。

  暗物質雖然也像氣體物質那樣，瀰漫在整個星系團內。

  但是由於它沒有電磁相互作用，所以儘管暗物質也發生了激烈的碰撞，但是卻絲毫沒有停滯。

  它就像恆星物質那樣，輕鬆穿過另一個星系的物質，當然在位置上也領先氣體物質。

  有了以上的性質差異後，就能判斷暗物質是否存在了。

  如果暗物質不存在，那么子彈星系團碰撞以後，它的引力中心的位置應該和氣體物質的位置一致。

  但如果暗物質存在，那么子彈星系團碰撞後，引力中心的位置應該和恆星的位置一致。

  最終，科學家通過太空望遠鏡看到了子彈星系團碰撞後的照片：

  其中紅色區域表示氣體物質，藍色區域表示引力中心。

  很明顯，按理來說，藍色區域只有恆星物質，引力應該比紅色區域小才多。

  但現實卻是恆星區域的引力更大，說明必然存在看不見的暗物質。

  此刻，當李奇維提出星系團碰撞這種全新的方法時。

  眾人頓時震撼無比！

  「天啊！」

  「這個方法實在太巧妙了。」

  「如果真的是這樣，那絕對能完美證明暗物質存在！」

  不過很快，大家有點垂頭喪氣。

  「只是，這種天文現象恐怕百年難遇吧？」

  「不僅如此，還必須持續觀測整個碰撞過程。」

  「這又是一項龐大的天文工程！」

  此刻，眾人心中感慨。

  天文學單打獨鬥的時代很快就要過去了，接下來想要出成果，必須同力合作。

  接著，李奇維又說道：

  「除了以上的方法外，我還想到了另外幾種驗證方案。」

  「第一，是我之前提到的宇宙微波背景輻射。」

  「不管暗物質多麼神奇，它和普通物質都是來源於宇宙大爆炸。」

  「由於暗物質不和光子發生相互作用，所以我們可以藉此，通過研究宇宙微波背景輻射，直接計算暗物質的分布情況。」

  嘩！

  眾人再次驚奇。

  沒想到暗物質竟然還和宇宙微波背景輻射產生了關係。

  不過想想也對。

  作為宇宙中的第一束光，宇宙微波背景輻射可以說攜帶了宇宙中的一切信息。

  在後世，科學家就是利用這種方法，精確地測量出暗物質的分布情況。

  如果把宇宙中的一切物質和能量都換算成能量。（不包括真空零點能）

  那麼，普通物質占比宇宙總能量約為5%，暗物質占比宇宙總能量約為27%。（猜測剩下的68%是什麼）

  暗物質的量正好是普通物質的5倍。

  此外，暗物質在宇宙中的分布並不是均勻分布，而是成「團塊狀」分布。

  可能一個星系的部分區域會有一大團暗物質，而其它地方的暗物質密度就較低。

  這也是暗物質非常奇特的一種性質。

  「第二，暗物質很可能參與了宇宙中大尺度結構的形成。」

  「比如茨維基觀察到的后髮座星系團，其中包含了無數的星系。」

  「但是這些星系卻按照同樣的運動方式，組合形成了星系團。」

  「通過簡單的模擬分析可知，如果沒有暗物質，普通物質很難形成這種大結構。」

  「因為暗物質不與光子作用，所以它可以在小尺度上率先聚集，從而促進物質結構的形成。」

  說罷，李奇維直接進行了複雜的力學數學模型計算。

  眾人看的目瞪口呆！

  在後世，科學家甚至在計算機上模擬星系、星系團、及更大尺度結構的形成過程。

  方法也簡單。

  就是設定好模擬程序的參數後，看看普通物質要加多少，暗物質要加多少。

  然後，讓程序遵循萬有引力定律自然演化，看看最終的結果什麼樣。

  數據顯示，如果不添加暗物質，那麼模擬出來的宇宙與觀測事實不符。

  但是加了5倍的暗物質之後，模擬結果就和現實觀測結果一樣了。

  看起來就和做化學反應一樣，或許宇宙就是一場化學反應。

  而且，科學家還利用這種方法，得到了暗物質又一個非常重要的性質。

  那就是暗物質的運動速度應該遠遠低於光速，即所謂的「冷暗物質」。

  這裡的冷不是傳統意義上的「溫度低」。

  暗物質沒有溫度的概念，你用手也感覺不到它的溫度。

  人類感知溫度，是通過物質發射電磁波把熱量傳導出來，然後被人類的感覺器官接受。

  暗物質沒有電磁相互作用，自然也就不會傳遞熱量。

  但是它畢竟也是由物質粒子組成，這些粒子也在不停地運動。

  那麼根據運動速度的快慢，就能「等效」地計算出它對標普通物質的溫度。

  但即便暗物質的溫度是1萬攝氏度，你若把它拿在手上，則完全沒有灼燒的感覺。

  暗物質的這種性質，就是通過研究和模擬大尺度結構得到的。

  在計算機沒有面世之前，李奇維可沒有實力手撕這種級別的模擬。

  所以，他給出的只是思想和方法。

  然而，僅僅是這樣，帶給眾人的震撼也是無以復加的。

  最後，李奇維說道：

  「以上，就是我總結的三大驗證方案。」

  「哪怕僅僅實現其中一個，我認為也足以證明暗物質的存在。」

  「若是全部實現，則暗物質必然存在！」

  眾人心潮澎湃，這是何等的自信！

  以布魯斯教授那驚天的直覺，暗物質不存在也得存在！

  「至於暗物質的組成粒子到底是什麼，這就是物理學家的事情了。」

  「大家放心，我會好好敦促盧瑟福教授研究暗物質。」

  眾人皆是會心一笑。

  天文學和物理學的聯繫越來越緊密了。

  像奧爾特這種同時有兩種背景的年輕人，以後會越來越吃香。

  海耳則忽然深刻地感慨道：

  「本來布魯斯教授提出暗物質時，我都以為這會是對大爆炸理論的一次挑戰。」

  「沒想到他竟然完美地把暗物質融入了大爆炸理論，成為其中的一部分。」

  「甚至如果證明了暗物質的存在，就等於變相證明了大爆炸理論。」

  「簡直太巧妙了！」

  海耳的話令眾人皆是震動。

  仔細一想，還真是這個道理。

  這一刻，大家對於大爆炸理論有了新的體會。

  它簡直就是天文學的終極框架。

  行星、恆星、星系、星系團；物質、反物質、暗物質；時間、空間

  一切的一切，都包含在大爆炸理論之內。

  現代物理學的兩大支柱：相對論和量子力學，解釋的只是大爆炸餘波產生的影響。

  忽然，在場大佬神色興奮：

  「物理學的盡頭是天文學！」

  「天文學才是自然科學之首！」

  （還有更新耶）