如果要問現在天文學家和物理學家最想搞懂什麼?那相信在這個列表一定會出現暗物質和暗能量,或許還會有希格斯玻色子和中微子。其中,有關中微子、希格斯玻色子的相關理論已經誕生了,是先有的理論,再通過觀測得到。相比它們,暗物質和暗能量就神祕得多。著名的物理學李淼曾經說過,關於暗能量,1000個物理學家就可能會有1000個暗能量的假說。關於暗能量我們其實知之甚少,連稍微靠譜一點的理論都沒有。
而暗物質就不同了,雖然觀測暗物質也是一件極其費事的事情。但是關於暗物質的理論和認識要相對深刻一些。那麼問題就來了,暗物質到底有什麼用?如果宇宙中不存在暗物質會如何呢?
暗物質有什麼作用?如果非要用一句話來概括暗物質的作用,大概應該是暗物質是星系的粘合劑。那為什麼會這麼說呢?
話說上世紀30年代起,科學家就發現了一個很神奇的現象。我們都知道,在宇宙中一個天體繞著另一個天體轉是因為有引力的存在,愛因斯坦則把這個叫做時空的彎曲。比如,月球繞著地球轉就是如此。
我們都知道,引力和物體的品質成正比,與距離的平方成反比。
通過牛頓力學的相關理論,我們知道,當一個物體繞轉的速度越快,那說明所需要的引力就越大,這就意味著物體的品質就得相對大一些。實際上,不僅僅是地月系統,太陽系也是如此,乃至是銀河系都是如此。
科學家就發現,按照目前的理論來看,大型星系中的恆星應該離星系中心越遠,速度越慢,可萬萬沒有想到的是,事實並非如此,它跑得遠比理論要快得多。
就拿我們的太陽來說,照理說,太陽繞著銀河系中心的速度應該是160km/s,這是通過理論算出來的,而實際上觀測的結果卻是240km/s,也就是說要比理論快了80km/s。
正如上文所說的那樣,這意味著所需要的引力要比理論值大得多,通過萬有引力定律,我們知道銀河系的品質一定比我們計算的要多,也就是存在這看不到的“品質”,否則提供不了這額外的引力。
科學家也是由此來定義暗物質的,他們提出宇宙中存在著看不到的物質,提供者額外的引力,使得星系中的恆星的運動速度要高於理論值。因此,我們才說暗物質是星系的粘合劑。
如果暗物質不存在會如何?實際上,暗物質看不到的一個最重要的原因是它不參與到電磁相互作用。在宇宙中存在著四種基本作用力,分別是電磁相互作用,引力相互作用,強相互作用和弱相互作用。其中強相互作用和弱相互作用都是在原子核層面的基本作用力,而我們平時所接觸到的作用除了引力相互作用之外,剩餘的都是電磁相互作用。暗物質不參與到電磁相互作用就意味著,他們看不到它,它可以任意穿越我們的身體。
而按照現在的研究來看,暗物質只參與到引力相互作用,以及有概率會參與到弱相互作用。這也是為什麼我們看不到它的原因。
但是看不到它,並不意味著它不重要。實際上,沒有暗物質就沒有現在的我們。為什麼這麼說呢?
我們想象一下,假設就在這個時候,暗物質突然消失會如何呢?
那這就意味著各種大型的星系會失去大量的品質,這個品質大概是星系可見物質品質的5倍作用,按照萬有引力定律,這就相當於損失了巨大的引力。
因此,恆星就會因為速度太快而飛出星系,大概率星系不可能拽得住它們的。也就是說,星系會慢慢地解體。
我們這也只是假設此時暗物質突然沒有了。
如果宇宙當中就不存在暗物質,那宇宙會如何呢?
由於我們目前對於暗物質的了解還不夠深刻,因此,我們只能從引力的角度來探究這個問題。如果宇宙從始至終就不存在暗物質,那宇宙大爆炸之後5億年,原本是由於暗物質的存在,把物質聚集在了一起,形成了星系。
但由於暗物質不存在,宇宙也就無法形成星系,只能是許許多多很小的,散落在宇宙各處的迷你星系,甚至很多恆星都各自為戰,而不形成星系。這就意味著不會有現在的銀河系了。
而且宇宙的演化會有沿著完全不同的另外一條路徑去發展,因為暗物質不存在。因此,也就很少會出現物質密度特別大的地方,產生的高順位元素也會少很多。這就有可能會推遲生命出現的時間。也就是說,如果暗物質不存在了,這完全會改變現在的宇宙歷史。